2019-2020学年高中物理 专题1.9 带电粒子在电场中的运动课件 新人教版选修3-1

第一章静电场人教版物理（高中）第九节带电粒子在电场中的运动）示波管中电子为什么偏转，其运动有什么规律？1课堂导入U+qm+__ｖ=?F一：带电粒子的加速运动【情景】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。试计算粒子到达负极板时的速度？2课堂活动方法一：动力学观点：主要利用牛顿运动定律和匀变速直线运动的规律qUm+_带电粒子的加速d①②由①②得③mdqUmFaadv22mqUv2方法二：能量观点——利用动能定理221mvqU①②由①得：mqUv2【规律总结】对比两种方法1.利用牛顿第二定律和匀变速直线运动规律，仅适用于匀强电场中，物体做匀变速直线运动，即物体必须沿着电场线进入匀强电场。2.利用动能定理，不仅适用于匀强电场，也适用于非匀强电场，因为公式W=qU适用于任何电场。【解析】电子从金属丝到金属板，由动能定理得：①由①得【典例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，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0。【典例2】.如图所示，在A板附近有一电子由静止开始向B板运动，则关于电子到达B板时的速率，下列解释正确的是()A．两板间距越大，运动时间就越长，则获得的速率越大B．两板间距越小，加速度就越大，则获得的速率越大C．与两板间的距离无关，仅与加速电压U有关D．以上解释都不正确Cm+q+_v0你能画出带电微粒的运动轨迹吗？二：带电粒子的偏转规律问题：2课堂活动带电粒子的偏转：（不计重力）+++++++++---------v0+q.mdlF+1.运动状态分析：带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场时，若只受电场力作用，则带电粒子做匀变速曲线运动。2.偏转问题的分析处理方法：（类似平抛运动分析方法）（1）沿初速度方向是速度为v0的匀速直线运动；（2）沿电场力方向是初速度为零的匀加速直线运动。FamqEmqUmd0ltv212yat2202qUlmvd类平抛运动与粒子比荷成正比与粒子初速度v0的平方成反比与电场的属性U、l、d有关qmFamqEmqUmd0ltvyvat0qUlmvd与粒子比荷成正比与粒子初速度v0的平方成反比与电场的属性U、l、d有关0tanyvv20qUlmvdqm【典例3】.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.2202qlmvd2202qdmvlqdlmv0qlqmv0vo++++++++--------dABOCAU1+_电场中加速电场中偏转+_U2三：带电粒子先加速再偏转的运动规律2课堂活动mqUv102122202242dULUvLmdqUy22201qULLUtanmdv2dU++++++------+_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【典例4】.如图所示AB、CD为平行金属板,A、B两板间电势差为500V,C、D始终和电源相接,测得其间的场强为104V/m,一质量为2.5×10-24㎏,电荷量为8×10-16C的带电粒子(重力不计)由静止开始,经A、B加速后穿过CD发生偏转,最后打在荧光屏上,已知C、D极板长均为4cm,荧光屏距CD右端的距离为3cm,问:(1)粒子带正电还是带负电?答案：粒子带正电(2)粒子打在荧光屏上距O点下方多远处?----++++DABsLOC解析:出AB电场时速度2qUvm水平方向:xvvsvtx竖直方向:yvat221aty其中mqEavst由此得到yxvEstanαv2UUEsy42UEsLsyy2)2(tan1代入数据可得my21021(3)粒子打在荧光屏上时的动能为多大?----++++DABsLOC解析：由刚刚的推导知道:mUqEsvy2所以粒子打在荧光屏上动能:222121yxmvmvEUSqEqU222USEUq4)4(222代入数据可得JE131064.4四：示波管的工作原理2课堂活动（1）电子枪：发射并加速电子。（2）偏转电极：YY′使电子束竖直偏转；XX′使电子束水平偏转。（3）荧光屏：电子束打到荧光屏上能使该处的荧光物质发光。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YY′X′YY′随信号电压同步变化，但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，只能看到一条竖直的亮线。X示波器图像如果在XX′之间不加电压,而在YY′之间所加的电压按图所示的规律随时间变化，在荧光屏上会看到什么图形？UXt扫描电压示波器图像YY′X′X如果在YY′之间加如图所示的交变电压，同时在XX′之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？XYOABCDEFABCDEFABOCt1DEFt2UyUx如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图像。XYY′X′UXt示波器图像O注意：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.带电的基本粒子：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。知识点总结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—偏转平衡（F合=0）匀变速运动（F合≠0）静止匀速直线运动知识点总结1.利用电场使带电粒子加速2.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3课堂小结