高二物理带电粒子在匀强电场中的运动

第九节带电粒子在电场中的运动新课标高中物理选修3－1第一章静电场某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定电场中的带电粒子一般可分为两类：1、带电粒子：如电子，质子，α粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比在小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。带电粒子在匀强电场中运动状态：匀变速直线运动—加速、减速匀变速曲线运动—偏转1.平衡（F合=0）2.匀变速运动（F合≠0）静止匀速直线运动如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U。两板间有一带正电荷q的带电粒子。它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？(不考虑粒子的重力）qUm+_带电粒子的加速d一、带电粒子的加速1、受力分析:水平向右的电场力F＝Eq=qU/d2、运动分析:初速度为零，加速度为a=qU/md的向右匀加速直线运动。F如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U。两板间有一带正电荷q的带电粒子。它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？(不考虑粒子的重力）qUm+_带电粒子的加速d一、带电粒子的加速F解法一运用运动学知识求解adv22mqUv2mdqUmFa如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U。两板间有一带正电荷q的带电粒子。它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？(不考虑粒子的重力）qUm+_带电粒子的加速d一、带电粒子的加速F解法二运用能量知识求解221mvqUW总mqUv2如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法仍适用！思考:若粒子的初速度为零,则:qUmv221若粒子的初速度不为零,则:qUmvmv2202121例题1：炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板间加以电压U=2500V，发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出。电子射出后的速度有多大？设电子刚从金属丝射出时的速度为零。解:电子电荷量为e,根据动能定理可得qUmv221emeUv2sm/1091.02500106.123019sm/1037结论：由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的加速问题时，一般都是利用动能定理进行处理。例1.如图所示，在真空中水平放置一对金属板Y和Y’，板间距离为d。在两板间加以电压U，一电荷量为q质量为m的带电粒子从极板中央以水平速度v0射入电场。试分析带电粒子在电场中的运动情况。(不计粒子的重力)二、带电粒子的偏转1、受力分析：2、运动规律分析:粒子受到竖直向下的电场力F＝Eq=qU/d粒子作类平抛运动。UL++++++------YdY′v0qUL++++++------YdY′v0qx方向：匀速直线运动mdqUmFa0vvxtvL00vLmdqUatvyY方向：初速度为零的匀加速直线运动v0y离开电场时的偏转角：dmvqULaty20222121200mdvqULvvtiny离开电场时偏转量：推论:粒子从偏转电场中射出时,其速度反向延长线与初速度方向交一点,此点平分沿初速度方向的位移。vvyΦ解:电子进入偏转电场后,在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动.加速度mdeUmFa所以偏移距离所以偏移角度dmveUlaty20222121200mdveUlvvtiny粒子在与电场平行的方向上做初速为零的匀加速运动结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强电场的问题就是一个类平抛的问题粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动例3.三个α粒子在同一地点沿同一方向垂直飞入同一偏转电场,出现了如图所示的轨迹,由此可以判断()A.在b飞离电场的同时,a刚好打在其极板上B.b和c同时飞离电场C.进入电场时,c的速度最大,a的速度最小D.动能的增加值c最小,a和b一样大ACDabc例4.如图所示,相距为d长度为l的平行板AB加上电压后,可在A、B之间的空间中产生电场,在A、B左端距AB等距离处的O点,有一电量为+q质量为m的粒子以初速度V0沿水平方向(与A、B板平行)射入.不计重力,要使此粒子能从C处射出,则A、B间的电压应为()A.B.C.D.A2202qlmvd2202qdmvlqdlmv0qlqmv0Vo++++++++--------dABOC例6.如图所示，在真空中竖直放置一对金属板x和x’,加电压U1;水平放置一对金属板Y和Y’，板间距离为d。加电压U2，一电荷量为-q质量为m的带电粒子从x极板由静止出发。试分析带电粒子的运动情况。(不计粒子的重力)++++++------+_U1U2-qm三、加速和偏转一体Lv0v加速偏转mqUv102122202242dULUvLmdqUy12202tandULUmdvLqU三、加速和偏转一体++++++------+_U1U2v-qmLv0加速偏转电荷经加速电场加速后进入偏转电场通过加速电场的末速度为进入偏转电场的初速度例7.如图所示,初速度为零的电子在电势差为U1的电场中加速后,垂直进入电势差为U2的偏转电场,在满足电子能射出偏转电场的条件下,下列四种情况中,一定能使电子的偏转角度变大的是()A.U1变大,U2变大B.U1变小,U2变大C.U1变大,U2变小D.U1变小,U2变小BU2U1巩固2.如图所示,初速度为零的α粒子和电子在电势差为U1的电场中加速后,垂直进入电势差为U2的偏转电场,在满足电子能射出偏转电场的条件下,正确的说法是()A.α粒子的偏转量大于电子的偏转量B.α粒子的偏转量小于电子的偏转量C.α粒子的偏转角大于电子的偏转角D.α粒子的偏转角等于电子的偏转角DU2U112202tandULUmdvLqU122202242dULUvLmdqUy带电粒子的偏移量由系统决定,而与粒子的质量、电荷量无关YY’XX’-+--+-若金属平行板水平放置,电子将在竖直方向发生偏转若金属平行板竖直放置,电子将在水平方向发生偏转偏转电极的不同放置方式四、示波管的原理示波器.swf1、示波器组成：示波管（内部是真空的）、电子枪、偏转电极和荧光屏组成。电子枪偏转电极-+荧光屏YY’XX’YY’XX’