（人教版）选修3-1物理 1.9《第1课时-带电粒子在电场中的加速和偏转》ppt课件

（人教版）选修3-1物理 1.9《第1课时-带电粒子在电场中的加速和偏转》ppt课件内容摘要：

1、第 9节 带电粒子在电场中的运动 第 1课时 带电粒子在电场中的加速和偏转 1 学习运用静电力 、 电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速度 、 速度和位移等物理量的变化 2 学习运用静电力做功 、 电势 、 电势差 、 等势面等概念研究带电粒子在电场中运动时的能量转化 要点一 带电粒子在电场中的加速 1 电场中的带电粒子的分类 (1)带电的基本粒子：如电子 、 质子 、 粒子 、 正离子 、 负离子等 ， 这些粒子所受重力和电场力相比要小得多 ， 除非有特别的说明或明确的标示 ， 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 ， 除非有特 2、别的说明或明确的标示 ， 一般都要考虑重力 某些带电体是否考虑重力 ， 要根据题目说明或运动状态来判定 2 求带电粒子的速度的两种方法 (1) 从动力学角度出发，用牛顿第二定 律和运动学知识求解由牛顿第二定律可知，带电粒子运动的加速度的大小为： a 电场力作用下由静止开始从正极板向负极板做匀加速直线运动，两极板间的距离为d ，则由公式 2 求得带电粒子到达负极板时的速度为 v 2 2 (2) 从功能关系角度出发，用动能定理求解 带电粒子运动过程中，只受电场力作用，电场力做的功为 ： W 根据动能定理有： W 12m 0 ，解得 v 2 (1)对带电粒子进行受力分析 ， 运动特点分析 、 做功情 3、况分析是选择规律进行解题的关键 (2)选择解题的方法时优先从功能关系角度考虑 ， 因为应用功能关系列式简单 、 方便 、 不易出错 要点二 带电粒子在电场中的偏转 1 运动状态分析 如图所示 ， 电子以速度 由于质量 所以重力比电场力小得多 ， 重力可忽略不计 电子只受到恒定的与初速度方向成 90 角的电场力作用而做匀变速曲线运动 ， 类似于力学中的平抛运动 (轨迹为抛物线 ) 2 功能观点分析 粒子在电场中偏转同样只受电场力的作用，所以仍然可以根据动能定理定量计算出射速度等物理量表达式 2m 2m 用于一切电场，尤其适用于仅需求解出射速度时，但无法仅用此 式求解出射速度的方向和偏移量等物理量 4、 3 偏转运动的分析处理方法 平抛运动的研究方法是运动的合成和分解 ， 带电粒子垂直进入电场中的运动也可采用运动的合成和分解的方法进行 若带电粒子仅受电场力作用以初速 则做类平抛运动 ， 分析时一般都是分解为两个方向的分运动来处理 (1)沿初速度方向为速度为 (2)沿电场力方向为初速度为零的匀加速运动 4 对粒子的偏移量和偏转角的讨论 如图所示 ， 水平方向 L 则粒子在电场中的运动时间 t L/直方向加速度 a m 偏转距离 y 12 12 2 m v 20 d U 粒子离开电场时竖直方向的速度为 v y v 0则合速度 ( 如上图所示 ) 为 v 2 粒子离开电场时的偏转角度 为 v (1 5、)时间相等是两个方向分运动间联系的桥梁 (2)若带电粒子除受电场力作用之外 ， 还受到重力作用或其他恒力作用 ， 则同样要分解成两个不同方向的简单的直线运动来处理 (3)如选用动能定理 ， 则要分清有多少个力做功 ， 是恒力还是变力 ， 以及初态和末态的动能增量；如选用能量守恒定律 ， 则要分清有多少种形式的能在转化 ， 哪种能量是增加的哪种能量是减少的 5 几个推论 (1) 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延长线交于一点，此点平分沿初速度方向的位移 (2) 位移方向与初速度方向间夹角的正切为速度偏转角正切的12，即 12 . (3) 以相同的初速度进入同一个偏转电场的带电 6、粒子，不论 m 、 q 是否相同，只要 q / m 相同，即荷质比相同，则偏转距离 y 和偏转角 相同 (4)若以相同的初动能 只要 不论 则偏转距离 相同 (5)不同的带电粒子经同一加速电场加速后 (即加速电压 ， 进入同一偏转电场 ， 则偏转距离 相同 对带电粒子在电场中的偏转问题也可以选择动能定理求解 ， 但只能求出速度大小 ， 不能求出速度方向 ， 涉及到方向问题 ， 必须采用把运动分解的方法 反射式速调管是常用的微波器件之一 ， 它利用电子团在电场中的振荡来产生微波 ， 其振荡原理与下述过程类似 如图所示 ， 在虚线 一带电微粒从 在电场力作用下沿直线在 A、 题 型 1 带电粒子在 7、电场中的加速 已知电场强度的大小分别是 103 N/2103 N/C， 方向如图所示 ， 带电微粒质量 m 1020 带电量 q 10 9 C， 1.0 不计带电微粒的重力 ， 忽略相对论效应 求： (1) (2)带电微粒从 点所 经历的时间 t. 【解析】 (1) 带电微粒由 A 运动到 B 的过程中，由动能定理有 0 ，得 1 (2) 设微粒在虚线 侧的加速度大小分别为 a1、牛顿第二定律有 设微粒 在虚线 侧运动的时间分别为 运动学公式有 22t 联立方程解得 t 10 8s. 【 答案 】 (1)2)10 8 s 【 方法总结 】 分析粒子在电场中运动的三种视角： (1)力和运动的关系 8、：分析带电体的受力情况 ， 确定带电体的运动性质和运动轨迹 ， 从力和运动的角度进行分析 (2)分解的思想：把曲线运动分解为两个直线运动进行分析 (3)功能关系：利用动能定理或能量守恒分析求解 (2014雅安模拟 )如图所示 ， 在真空中 A、 调节滑动变阻器 ， 使 A、 时 ， 一质量为m， 电荷量为 以初速度 板上的中心小孔沿垂直两板的方向射入电场中 ， 恰从 A、 不计重力 )， 则下列说法正确的是( ) 变式训练 1A 使初速度变为 2 带电粒子恰能到达 B 使初速度变为 2 带电粒子将从 C 使初速度 都增加为原来的 2倍时 ， 带电粒子恰能到达 D 使初速度 都增加为原来的 2倍 9、时 ， 带电粒子将从 解析： 设板间距为 d ，根据动能定理得， 0 12m 初速度变为 2 粒子在极板间运动距离为d ，列动能定理关系式， d 0 12m (2 ，联立两式得， d 2 d ，故带电粒子从 B 板中心小孔射出 ，故 初速度 都增加为原来的 2 倍时，则粒子在极板间运动的距离等于 d ，即带电粒子恰能到达 C 选项正确， D 选项错误 答案： 电子从静止出发被 1 000 然后进入另一个电场强度为 5 000 N/ 进入时的速度方向与偏转电场的方向垂直 已知偏转电极长6 求电子离开偏转电场时的速度及其与进入偏转电场时的速度方向之间的夹角 题 型 2 带电粒子的偏转问题 【解析】 10、 在加速电场中获得的动能 E k 12m 在偏转电场中的加速度 a 时间 t 由 式得 由 式得 由 式得 v 总 107m/s 05 000 6 10 22 1 000 解得 8 3 2 . 【 答案 】 107 m/s 夹角为 8 32 【 方法总结 】 (1)处理带电粒子在电场中偏转问题应认真分析带电粒子的运动情况 (2)解决带电粒子在电场中的偏转问题可以选择动能定理求解 (3)当需要确定带电粒子离开电场时的速度方向 、 位移方向时 ， 必须将运动进行分解 ， 即分解为沿初速度方向的匀速直线运动和沿静电力方向的初速度为零的匀加速直线运动 (2015常德汇文中学期中 )如图所示 ， 带电量 11、之比为 1 3的带电粒子 A、 B， 先后以相同的速度从同一点射入平行板电容器中 ， 不计重力 ， 带电粒子偏转后打在同一极板上 ， 水平飞行距离之比为 2 1， 则带电粒子的质量之比 ) A 1 1,2 3 B 2 1,3 2 C 1 1,3 4 D 4 3,2 1 变式训练 2析： 粒子垂直电场进入做类平抛运动，水平方向 x v 0 t ，得 t A t B x A x B 2 1 ；竖直方向 y 12m 2，解得 m qE y m A m B 4 3 ， D 选项正确 答案： D 1 下列粒子从初速度为零的状态经电压 粒子速度最大的是 ( ) A 质子 B 氘核 C 粒子 D 钠离子 答案： A 解析： 由动能定理得 12m v 2 v 中所给的四种粒子中质子的比荷 A 正确 2 (2015正定中学高二月考 )图中的 A、 分别与高压直流电源的正负极相连 一个电荷量为q、 质量为 板处静止释放 (不计重力作用 ) 已知当 A、 两板间的面积很大且两板间的距离较小时 ， 它刚到达 板时的速度 ( ) A 若两板不平行 ， 则 v 若 A。