2022学年高中物理 第一章 静电场 9 带电粒子在电场中的运动课件 新人教版选修3-1
101页1、9带电粒子在电场中的运动1.1.带电粒子的加速带电粒子的加速:(1)(1)常见带电粒子及受力特点常见带电粒子及受力特点:电子、质子、电子、质子、粒子、粒子、离子等带电粒子在电场中受到的静电力离子等带电粒子在电场中受到的静电力_重力重力,通通常情况下常情况下,重力可以重力可以_。远大于远大于忽略忽略(2)(2)加速。加速。若带电粒子以与电场线平行的初速度若带电粒子以与电场线平行的初速度v v0 0进入匀强电进入匀强电场场,带电粒子做直线运动带电粒子做直线运动,则则qU=qU=_。若带电粒子的初速度为零若带电粒子的初速度为零,经过电势差为经过电势差为U U的电场加的电场加速后速后,qU=_,qU=_。(3)(3)上面的推导对于非匀强电场也成立上面的推导对于非匀强电场也成立,因为电场力做因为电场力做功与功与_无关无关,只与始末两点间的只与始末两点间的_有关。有关。路径路径电势差电势差2.2.带电粒子在匀强电场中的偏转带电粒子在匀强电场中的偏转:(1)(1)运动性质运动性质:带电粒子的初速度方向与电场力方向带电粒子的初速度方向与电场力方向_,_,做匀变速曲线运动做匀变速曲线运动,轨迹为轨迹为_
2、。垂垂直直抛物线抛物线(2)(2)处理方法处理方法:运动的合成与分解。运动的合成与分解。沿初速度沿初速度v v0 0方向方向:做做_直线运动直线运动,l=_=_。沿电场力方向沿电场力方向:做初速度为零的做初速度为零的_,_,加加速度速度a=a=_=,偏转位移偏转位移y=y=_=_=_。速度偏转角度的正切值速度偏转角度的正切值tan=_=_tan=_=_。匀速匀速v v0 0t t匀加速直线运动匀加速直线运动3.3.示波管的原理示波管的原理:(1)(1)构造构造:示波管是示波器的核心部件示波管是示波器的核心部件,外部是一个抽成外部是一个抽成真空的玻璃壳真空的玻璃壳,内部主要由内部主要由_(_(由发射电子的灯由发射电子的灯丝、加速电极组成丝、加速电极组成)、_(_(由一对由一对X X偏转电极板和偏转电极板和一对一对Y Y偏转电极板组成偏转电极板组成)和和_组成组成,如图所示。如图所示。电子枪电子枪偏转电极偏转电极荧光屏荧光屏(2)(2)原理。原理。扫描电压扫描电压:XX:XX偏转电极接入的是由仪器自身产生的偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压。锯齿形电压。灯丝被电源加热后灯丝被电源加
3、热后,出现热电子发射现象出现热电子发射现象,发射出来发射出来的电子经加速电场加速后的电子经加速电场加速后,以很大的速度进入偏转电场以很大的速度进入偏转电场,如在如在Y Y偏转电极板上加一个偏转电极板上加一个_,_,在在X X偏转电极板上偏转电极板上加一加一_,_,在荧光屏上就会出现按在荧光屏上就会出现按Y Y偏转电压规律偏转电压规律变化的可视图象。变化的可视图象。信号电压信号电压扫描电压扫描电压主题一带电粒子的加速主题一带电粒子的加速 【问题探究问题探究】在真空中有一对平行金属板在真空中有一对平行金属板,由于接上电池组而带电由于接上电池组而带电,两板间电势差为两板间电势差为U,U,若一个质量为若一个质量为m,m,带正电荷带正电荷q q的粒子的粒子,在静电力作用下由静止开始从正极板附近向负极板运在静电力作用下由静止开始从正极板附近向负极板运动。动。请思考以下几个问题请思考以下几个问题:(1)(1)怎样计算它到达负极板时的速度怎样计算它到达负极板时的速度?提示提示:在带电粒子运动过程中在带电粒子运动过程中,静电力所做的功为静电力所做的功为:W=qU:W=qU粒子到达负极板时的速率为粒子到达
4、负极板时的速率为v,v,其动能可以写为其动能可以写为:E:Ek k=mv mv2 2由动能定理有由动能定理有:qU=mv:qU=mv2 2,得得v=v=。(2)(2)若板间距离为若板间距离为d,d,粒子在匀强电场中加速的时间为多粒子在匀强电场中加速的时间为多少少?提示提示:板间场强为板间场强为E=E=加速度为加速度为a=a=由由d=atd=at2 2,得加速时间为得加速时间为t=t=(3)(3)若粒子带的是负电荷若粒子带的是负电荷(初速度为初速度为v v0 0),),将做匀减速直将做匀减速直线运动线运动,如果能到达负极板如果能到达负极板,其速度如何其速度如何?提示提示:由动能定理有由动能定理有:-qU=mv:-qU=mv2 2-m ,-m ,v=v=。(4)(4)上述上述(1)(3)(1)(3)问中问中,两块金属板是平行的两块金属板是平行的,两板间的电两板间的电场是匀强电场场是匀强电场,如果两金属板是其他形状如果两金属板是其他形状,中间的电场中间的电场不再均匀不再均匀,上面的结果是否仍然适用上面的结果是否仍然适用?为什么为什么?提示提示:结果仍然适用。因为不管是否为匀强电场结果仍然适用
5、。因为不管是否为匀强电场,电场电场力做功都可以用力做功都可以用W=qUW=qU计算计算,动能定理仍然适用。动能定理仍然适用。【探究总结探究总结】1.1.带电粒子在电场中加速问题的解题思路带电粒子在电场中加速问题的解题思路:(1)(1)明确研究对象。明确研究对象。基本粒子基本粒子:如电子、质子、如电子、质子、粒子、离子等粒子、离子等,除特殊除特殊说明外一般忽略粒子的重力说明外一般忽略粒子的重力(但并不忽略质量但并不忽略质量)。带电微粒带电微粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等如液滴、油滴、尘埃、小球等,除特殊说除特殊说明外明外,一般不忽略重力。一般不忽略重力。(2)(2)分析物理过程。分析物理过程。根据带电粒子受的力根据带电粒子受的力(包含电场力包含电场力),),用牛顿定律求出用牛顿定律求出加速度加速度,结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等。结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等。由动能定理由动能定理,粒子动能的变化量等于合外力做的功粒子动能的变化量等于合外力做的功(电场可以是匀强电场或非匀强电场电场可以是匀强电场或非匀强电场)。2.2.带电粒子在电场中加速运动的分析带电粒子在电场中加速
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