带电粒子在电场中的运动 课件

带电粒子在电场中的运动★电子、质子、微小的带电油滴、离子、带电微尘、带电小球等都叫带电粒子。★带电粒子在电场中要受到哪些力的作用？★带电粒子在电场中通常要受到重力和电场力一个电子的质量是0.91×10-30kg，它的重力G大约为多少？当它位于E=4×103V/m的电场中时受到的电场力F为多大？G/F=？你会发现什么？电子、质子、离子等带电粒子所受重力一般远小于电场力，重力可以忽略（但有说明或有明确的暗示除外）。重力势能就可以不考虑。注意：忽略粒子的重力并不是忽略粒子的质量而质量较大的带电尘埃、带电液滴、带电油滴、带电小球等除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力。要使带电粒子在电场中只被加速而不改变运动方向该怎么办?思考与讨论E+qF=qE1：V0=0仅受电场力作用2：V0≠0仅受电场力F,且F与V0同向若F与V0反向，带电粒子怎么运动?下面我们来研究电场对带电粒子的加速问题U+-dq如下图所示：在真空中有一对平行金属板，由于接上电池组而带电，两板间的电势差为U。若一个质量为m，带正电荷q的粒子，在静电力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动，试计算它到达负极板时的速度。解法一：从动力学和运动学角度分析粒子被加速F=qEdqUa=F/mmdqUmqUdmdqUaxvt2222mqUvt2解法二：从做功和能量的角度分析粒子被加速只有电场力做功,根据动能定理得221tmvqUW212kkkkEEEEmqUvt2显然，用动能定理解题简便！！还有问题：如果不是匀强电场，上面所得的结果是否仍然适用？由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，上面公式仍适用！例题1.炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以电压U=2500V，如右图，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出，电子穿出时的速度有多大？设电子刚刚离开金属丝时的速度为零。1.9-2221tmvqU电荷量为e的电子从金属丝移动到金属板。两处的电势差为U，电势能变化（减少）为eU.电势能的变化全部转化为电子的动能。解：所以m/s3019109.0106.1222500meUVtsm/100.371.9-2结论1：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。在重力场中，不同质量的物体具有相同的加速度（g）。在电场中，不同的带电粒子是否也具有相同的加速度呢？思考与讨论刚才带电粒子是做直线运动的,如果V0不为零，且方向与F的方向不在一条直线上，它将怎么运动？我们以特殊情况为例，即V0与电场方向垂直，带电粒子将怎样运动？下面我们来探讨带电粒子的偏转带电粒子只受静电力作用，且V0与静电力的方向互相垂直，这类似于我们以前学过的什么运动呢？平抛运动l++++++------v0FdＵv如右图，真空中一对平行金属板分别带等量异种电荷，一个电子沿平行于板面方向射入电场中，那么带电粒子在平行于板面方向和垂直于板面方向分别可看成什么运动？平抛运动在水平方向和竖直方向分别可看成什么运动？思考：将一小球以初速度V0水平抛出，其水平射程为l，求着地瞬间的速度的大小和方向。你能类比得到带电粒子在电场中运动的研究方法吗?例题2.如右图，两个相同极板的长l=6.0cm，相距d=2cm，极板间的电压U=200V。一个电子沿平行于板面的方向射入电场中，射入时的速度V0=3.0×107m/s。vyl++++++-------qdＵv0Fθ把两板间的电场看作匀强电场，求电子射出时沿垂直于板面方向偏移的距离y和偏转的角度θ。分析vv0vyyl++++++-------qdＵv0Fθt=0vx0vl=vy0mdveUlmdeUt=aty=2022mdveUl221at0vvy20mdveUl=tanθ解：代入数据得y=0.36㎝代入数据得θ=6.80mdqUmEqmFa飞行时间结论2：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★粒子在与电场平行的方向上做初速为零的匀加速运动总结：带电粒子在匀强电场中的运动，跟重物在重力场中的运动相似，有时像自由落体运动，有时像抛体运动，依初速度是否为零而定。课堂小结：一、利用电场使带电粒子加速二、利用电场使带电粒子偏转从动力学和运动学角度分析从做功和能量的角度分析类似平抛运动的分析方法粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做初速度为零的匀加速运动