高二物理带电粒子在电场中的运动.ppt
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F=qE复习复习带电粒子在电场中带电粒子在电场中要受到要受到哪些力哪些力的作用的作用?
通常要受到通常要受到重力和电场力重力和电场力新授新授一个电子的质量为一个电子的质量为0.9110-30kg,电荷量电荷量e=1.610-19C,当它位于,当它位于E=5104V/m的电场中的电场中时时:
受到的重力受到的重力G为多大?
为多大?
受到的电场力受到的电场力F为多大?
为多大?
F/G=?
你会发现什么?
你会发现什么?
G=mg=910-30NF/G=11015F=qE=810-15N电子、质子、离子等微观电子、质子、离子等微观带电粒子带电粒子所受所受重力一般远小于电场力,重力一般远小于电场力,重力可以忽略重力可以忽略(有(有说明或暗示除外)。
说明或暗示除外)。
注意:
注意:
忽略粒子的重力并不是忽略粒子的质量忽略粒子的重力并不是忽略粒子的质量3、带电体、带电体:
是否考虑重力,要根据题目暗示:
是否考虑重力,要根据题目暗示或运动状态来判定或运动状态来判定.1、微观微观带电粒子带电粒子:
如电子、质子、离子等如电子、质子、离子等.带电粒子所受重力一般远小于电场力带电粒子所受重力一般远小于电场力,一般都一般都不考虑重力不考虑重力(有说明或暗示除外有说明或暗示除外).).2、宏观宏观带电微粒带电微粒:
如带电小球、液滴、尘埃:
如带电小球、液滴、尘埃等等.一般都一般都考虑重力考虑重力(有说明或暗示除外有说明或暗示除外).).带电体带电体一般可分为两类:
一般可分为两类:
带带电电粒粒子子在在电电场场中中受受电电场场力力产产生生加加速速度度使使速速度度变变化化利用电场利用电场使使带电粒子带电粒子加加速速偏偏转转+_UUE加速加速匀速匀速匀速匀速+qmV0V=?
11、加速直线运动、加速直线运动1、动力学观点:
、动力学观点:
ABUdE+Fv由牛顿第二定律:
由牛顿第二定律:
由运动学公式:
由运动学公式:
初速度初速度不不为零为零呢?
呢?
只适用于只适用于匀强电场匀强电场一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速电场力电场力:
F=qE2、能量观点:
、能量观点:
ABUdE+v由动能定理:
由动能定理:
适用于适用于任何电场任何电场一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速电场力做功电场力做功:
W=qU速度速度v与电势差与电势差U、比荷、比荷q/m的平方根成正比的平方根成正比与距离与距离d无关无关初速度初速度不不为零为零呢?
呢?
用用动动能能定定理理解解题题简简便便U+-qd电场力电场力:
加速度加速度:
末速度末速度:
一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速小结小结1、动力学观点:
、动力学观点:
运行时间运行时间:
2、能量观点:
、能量观点:
电场力做功电场力做功:
W=qU解解:
根据动能定理得根据动能定理得:
例题例题1:
炽热的金属丝可以发射电子。
在金属丝:
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和金属板间加以电压U=2500V,发射出的电子在,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?
时的速度有多大?
设电子刚离开金属丝时的速度设电子刚离开金属丝时的速度为零。
为零。
1、下列粒子由静止经加速电压为下列粒子由静止经加速电压为U的电场加的电场加速后,速后,哪种粒子动能最大哪种粒子动能最大()哪种粒子速度最大哪种粒子速度最大()A质子质子11HB.氘核氘核12HC.粒子粒子24HeD.钠离子(钠离子(Na+)例与练例与练与与电量电量成正比成正比与与比荷平方比荷平方根根成正比成正比CA22、如图所示,如图所示,M、N是在真空中竖直放置的两块平是在真空中竖直放置的两块平行金属板,质量为行金属板,质量为m、电量为、电量为+q的带电粒子,以的带电粒子,以极小的初速度由小孔进入电场,当极小的初速度由小孔进入电场,当M、N间电压间电压为为U时,粒子到达时,粒子到达N板的速度为板的速度为v,如果要使这个,如果要使这个带电粒子到达带电粒子到达N板的速度为板的速度为2v,则下述方法能满,则下述方法能满足要求的是足要求的是()A、使、使M、N间电压增加为间电压增加为2UB、使、使M、N间电压增加为间电压增加为4UC、使、使M、N间电压不变,距离减半间电压不变,距离减半D、使、使M、N间电压不变,距离加倍间电压不变,距离加倍例与练例与练MNUd+v与与电压平方电压平方根根成正比成正比B33、如图所示的电场中有如图所示的电场中有A、B两点,两点,A、B的电势的电势差差UAB100V,一个质量为,一个质量为m=2.010-12kg、电量电量为为q=-5.010-8C的带电粒子,以初速度的带电粒子,以初速度v0=3.0103m/s由由A点运动到点运动到B点,求粒子到达点,求粒子到达B点时的点时的速率。
(不计粒子重力)速率。
(不计粒子重力)例与练例与练AA-v0BBq为为负负44、如图所示,、如图所示,、如图所示,、如图所示,AA、BB为平行金属板电容器,两板间为平行金属板电容器,两板间为平行金属板电容器,两板间为平行金属板电容器,两板间的距离为的距离为的距离为的距离为dd,在,在,在,在AA板的缺口的正上方距离为板的缺口的正上方距离为板的缺口的正上方距离为板的缺口的正上方距离为hh的的的的PP处,有一静止的、质量为处,有一静止的、质量为处,有一静止的、质量为处,有一静止的、质量为mm、带电量为、带电量为、带电量为、带电量为+q+q的液滴的液滴的液滴的液滴由静止开始自由落下,若要使液滴不落在由静止开始自由落下,若要使液滴不落在由静止开始自由落下,若要使液滴不落在由静止开始自由落下,若要使液滴不落在BB板上,板上,板上,板上,两板间的电压两板间的电压两板间的电压两板间的电压UU至少为多大?
两板间场强至少为多大?
两板间场强至少为多大?
两板间场强至少为多大?
两板间场强EE至少至少至少至少为多大?
为多大?
为多大?
为多大?
例与练例与练mgmgqE对全过程由动能定理:
对全过程由动能定理:
带电粒子以垂直匀强电场的场强方向射入电场。
带电粒子以垂直匀强电场的场强方向射入电场。
带电粒子做类似平抛运动。
带电粒子做类似平抛运动。
(1)在沿平行板面方向(垂直电场强度方向,)在沿平行板面方向(垂直电场强度方向,x轴)做轴)做匀速直线运动。
匀速直线运动。
(2)在垂直板面方向(沿电场强度方向,)在垂直板面方向(沿电场强度方向,y轴)做轴)做初速度为零的匀加速直线运动。
初速度为零的匀加速直线运动。
FX轴轴y轴轴22、带电粒子的偏转、带电粒子的偏转动能定理:
动能定理:
平行于板面方向平行于板面方向:
垂直于板面方向垂直于板面方向:
动力学基本公式:
动力学基本公式:
FX轴轴y轴轴ABU,m,该粒子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离该粒子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y:
在在y轴:
轴:
利用同时性,在利用同时性,在x轴:
轴:
FX轴轴y轴轴U,m,该粒子射出电场时偏转的角度该粒子射出电场时偏转的角度:
在在y轴:
轴:
利用同时性,在利用同时性,在x轴:
轴:
偏转角度偏转角度FX轴轴y轴轴U,m,例例1.1.静止的电子在加速电压静止的电子在加速电压UU11的作用下从的作用下从OO经经PP板的小孔板的小孔射出射出,又垂直进入平行金属板间的电场又垂直进入平行金属板间的电场,在偏转电压在偏转电压UU22的的作用下偏转一段距离作用下偏转一段距离.现使现使UU11加倍加倍,要想使要想使电子的运动轨电子的运动轨迹不发生变化迹不发生变化,应该(应该()A.A.使使UU22加倍加倍B.B.使使UU22变为原来的变为原来的44倍倍C.C.使使UU22变为原来的变为原来的倍倍D.D.使使UU22变为原来的变为原来的1122倍倍U1U2POA要使电子的轨迹不变要使电子的轨迹不变,则应使则应使电子进入偏转电场后电子进入偏转电场后,任一水任一水平位移平位移xx所对应的侧移距离所对应的侧移距离yy不变不变.解:
电子先经加速电场加速后进入偏转电场做类平抛运动解:
电子先经加速电场加速后进入偏转电场做类平抛运动.联立联立两式可得电子的偏移量两式可得电子的偏移量由此选项由此选项AA正确正确例例22电子在电势差为电子在电势差为UU11的加速电场中由静止开始运动的加速电场中由静止开始运动,然后射入电势差为然后射入电势差为UU22的两块平行板间的匀强电场中的两块平行板间的匀强电场中,在在满足电子射出平行板区的条件下满足电子射出平行板区的条件下,下述四种情况中下述四种情况中,一一定能使电子的偏转角定能使电子的偏转角变大的是(变大的是()U1U2eA.UA.U11变大变大,U,U22变大变大B.UB.U11变小变小,U,U22变大变大C.UC.U11变大变大,U,U22变小变小D.UD.U11变小变小,U,U22变小变小B解:
电子先经加速电场加速解:
电子先经加速电场加速后进入偏转电场做类平抛运动后进入偏转电场做类平抛运动.电子离开电场时的偏转角电子离开电场时的偏转角联立联立两式得两式得故选项故选项BB正确正确平抛运动不是分解速度,就是分解位移。
例例33一束电子流在经一束电子流在经UU115000V5000V的加速电压加速后,在的加速电压加速后,在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场,如图所距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场,如图所示,若两板间距示,若两板间距dd1.0cm1.0cm,板长,板长LL5.0cm5.0cm,那么,要使,那么,要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加多大电压电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加多大电压?
dv0UL解:
电子在加速电场中加速过程中解:
电子在加速电场中加速过程中电子在偏转电场中做类平抛运动过程中电子在偏转电场中做类平抛运动过程中联立联立两式可得两个极板上所加电压的最大值两式可得两个极板上所加电压的最大值瞬时速度是联系两个过程的桥梁。
例例44一根粗细均匀的直杆,竖直固定在水平面上,置于一根粗细均匀的直杆,竖直固定在水平面上,置于竖直向上的匀强电场中,场强为竖直向上的匀强电场中,场强为EE,杆上套着一个质量为,杆上套着一个质量为mm、电量为、电量为-q-q的小球,小球在杆上滑动时受到的摩擦力为的小球,小球在杆上滑动时受到的摩擦力为ff,小球在高出水平面,小球在高出水平面hh的的AA处以初速度处以初速度vv00竖直向上弹出,竖直向上弹出,设竖直杆足够长,小球与水平面碰撞时无能量损失,小设竖直杆足够长,小球与水平面碰撞时无能量损失,小球与杆、水平面绝缘球与杆、水平面绝缘.求小球向上的最大位移求小球向上的最大位移XX以及最大以及最大的路程的路程ss。
AEV0h解解小球受重力、摩擦力和电场力作用向上做小球受重力、摩擦力和电场力作用向上做匀减速直线运动,根据动能定理匀减速直线运动,根据动能定理小球最终停在水平面上,在整个过程中,根据动能定理小球最终停在水平面上,在整个过程中,根据动能定理小球向上运动的最大位移小球向上运动的最大位移所以小球运动的最大路程所以小球运动的最大路程TtuOU-UAB例5有一对长为L、相距为d的水平放置的金属板A、B,在两极板间加如图所示的交变电压。
t=0时,一正离子以速度v0从d/2处平行于金属板进入电场,然后从电场中飞出。
.为保证正离子在d/2处离开电场,则交变电压频率应满足什么条件?
.欲使正离子离开电场时速度与初速度相同,交变电压的频率应满足什么条件?
解:
解:
要使正离子从要使正离子从d/2d/2处离处离开电场,要求它在竖直方向的开电场,要求它在竖直方向的分运动的位移为零要求正离分运动的位移为零要求正离子在电场中运动的时间为交变子在电场中运动的时间为交变电压的周期的整数倍电压的周期的整数倍要使正离子离开电场时的速度与初速度相同,要求它在竖直要使正离子离开电场时的速度与初速度相同,要求它在竖直方向的分运动的速度为零要求正离子在电场中运动的时间为方向的分运动的速度为零要求正离子在电场中运动的时间为交
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- 关 键 词:
- 物理 带电 粒子 电场 中的 运动