高二物理人教版选修3-1课件1.9 带电粒子在电场中的运动
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选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动
思考题
如两极板间不是匀强电场该 用何种方法求解？为什么？
由于电场力做功与场强是 否匀强无关，与运动路径也 无关，第二种方法仍适用！
一、带电粒子的加速（v0>0)
+q m v0
匀速
+ ++ + + ++ +
E
加速
_ __ __ __ _
v=?
匀速
U
U
例题1：实验表明，炽热的金属丝可以发射电子。在 炽热金属丝和金属板间加以电压U=2500V，从炽热金 属丝发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小 孔穿出。电子射出后的速度有多大？设电子刚从金属 丝射出时的速度为零。
U
1、受力分析:
+ q m F _
水平向右的电场力 F＝Eq=qU/d
d
带电粒子的加速
2、运动分析: 初速度为零，加速度 为 a=qU/md 的向右匀 加速直线运动。
解法二 运用动能定理求解
解法一 运用运动学知识求解
qU 2qU v 2ad 2 d md m
2
v
2qU m
1 qU m v2 2 2q U v m
tan v 2 mdv0 0
类 侧移量 平 vy u q l 抛 tan 偏转角度 2 vx d m v0 运 动 粒子好像是从入射线中点直接射出来的
1 2 1u q l y at 2 2 d m vo
2
结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀
思考题：
让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过 同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里 偏转，在通过加速电场时获得的动能是否相同？通过偏 转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。
【人教版】高中物理选修3-1：1.9《第1课时-带电粒子在电场中的加速和偏转》ppt课件
▪ A．若两板不平行，则v<v0 ▪ B．若A板面积很小，B板面积很大，则
v<v0
▪ C．若A、B两板间的距离很大，则v<v0
▪ D．不论A、B两板是否平行、两板面积
大解小析及：电两容板器间和电距源离相多连，少电v压都保等持于不变v0，根据eU＝
1 2
mv2可知，不论A、B两板是否平行、两板面积大小及两
▪ B．2∶1,3∶2
▪ C．1∶1,3∶4
解析：粒子垂直电场进入做类平抛运动，水平方向x ＝v0t，得tA∶tB＝xA∶xB＝2∶1；竖直方向y＝12at2＝2qmE vx0 2，解得m＝q2Eyvx202，mA∶mB＝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 U的电场加速后，粒子速度最大的是
小为：
a＝mF＝Emq＝mUqd 若一个带正电荷的粒子，在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 v2－v20＝2ax 可求得带电粒子到达负极板时的
速度为 v＝ 2ad＝
2Uq m.
(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＝qU 根据动能定理有：W＝12mv2－0，解得 v＝ 2mUq.
▪ 答案：BC
▪题 2压加型速，电然带子后进从电入静粒另止子一出个发的电被偏场1 转0强00度问V为的题5电
000 N/C的匀强偏转电场，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 cm，求电子离开偏转电场时的速
度【及解其析】与进在入加速偏电转场电中获场得时的的动能速度方向之间
的E夹k＝角12m．v20＝qU0
人教版高二物理选修3-1--1.9带电粒子在电场中的运动(共30张ppt)
形成稳定且水平的亮线
若只在YY´电极间加信号电压
U
Um sin
2
T
t
呢?
y'
y'm sin
2
T
t
怎样在荧光屏上显示信号电压的正弦波形？
刚好能到达N板；如果要使这个带电粒子能够到
达M、N两板间距的1/2处返回，则下述方法能满
足要求的是：（ B ）
A、使初速度减半
M
N
B、使M、N间电压加倍
C、使M、N间电压提高到4倍
D、使初速度和M、N间的电压都加倍
U
变式.如图所示,电子由静止开始从A板向B板运动,当到达B
板时速度为v,保持两板间电势差不变,则 CD
如果 y互不相同
如果 y 相同
会分为三股
不会分为三股
比较离子是否以 相同偏角φ 射出
如果φ互不相同
如果φ 相同
会分为三股
不会分为三股
让一价氢离子、一价氦离子和二 价氦离子的混合物由静止开始经过同 一加速电场加速，然后在同一偏转电 场里偏转，它们是否会分为三股？请 说明理由。
答案：不会分为三股。
带负电的小球静止在水平放置的平行板电 容器两板间，距下板h=0.8cm,两板间的电 势差为300V,如果两板间电势差减小到60V, 求带电小球运动到极板上时的速度? 0.36m/s
示波管的原理
构造:由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。 管内抽成真空。
只在YY´电极间加偏转电压Ｕ 信号电压
y
1 2
•
qU md
•
l v0
2
y' y
L l
l 2
2
U y'
ql mv 02d
选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动
eUl = = 0 .12 偏移角度： 偏移角度： tan θ = 2 v 0 mdv 0 vy
如图所示,相距为 长度为 的平行板AB加上电 如图所示 相距为d长度为 的平行板 加上电 相距为 长度为l的平行板 压后,可在 可在A、 之间的空间中产生电场 之间的空间中产生电场,在 、 压后 可在 、B之间的空间中产生电场 在A、B 左端距AB等距离处的 等距离处的O点 有一电量为 有一电量为+q质量为 左端距 等距离处的 点,有一电量为 质量为 m的粒子以初速度 0沿水平方向 与A、B板平行 的粒子以初速度V 板平行) 的粒子以初速度 沿水平方向(与 、 板平行 射入.不计重力 要使此粒子能从C处射出 A、 不计重力,要使此粒子能从 处射出,则 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( 间的电压应为 A ) A 2 2 2 + + + + + + + + d mv0 l 2 mv0 O d A. B. 2 2 Vo ql qd - - - - - - - C B lmv 0 qmv0 C. qd D. 1 2 1 qUl 2 d ql y = at = = 2
2 1
3 1
三、 加速和偏转一体
如图所示，在真空中竖直放置一对金属板x 如图所示， 在真空中竖直放置一对金属板 x和 x’, 加电压U 水平放置一对金属板Y 加电压U1;水平放置一对金属板Y和Y’，板间距离 加电压U 一电荷量为- 质量为m 为 d 。 加电压 U2 ， 一电荷量为 -q 质量为 m 的带电 粒子从x极板由静止出发。 粒子从 x极板由静止出发 。试分析带电粒子的运 动情况。 不计粒子的重力) 动情况。(不计粒子的重力) 偏转 _加速 v +
如图所示,相距为 长度为 的平行板AB加上电 如图所示 相距为d长度为 的平行板 加上电 相距为 长度为l的平行板 压后,可在 可在A、 之间的空间中产生电场 之间的空间中产生电场,在 、 压后 可在 、B之间的空间中产生电场 在A、B 左端距AB等距离处的 等距离处的O点 有一电量为 有一电量为+q质量为 左端距 等距离处的 点,有一电量为 质量为 m的粒子以初速度 0沿水平方向 与A、B板平行 的粒子以初速度V 板平行) 的粒子以初速度 沿水平方向(与 、 板平行 射入.不计重力 要使此粒子能从C处射出 A、 不计重力,要使此粒子能从 处射出,则 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( 间的电压应为 A ) A 2 2 2 + + + + + + + + d mv0 l 2 mv0 O d A. B. 2 2 Vo ql qd - - - - - - - C B lmv 0 qmv0 C. qd D. 1 2 1 qUl 2 d ql y = at = = 2
2 1
3 1
三、 加速和偏转一体
如图所示，在真空中竖直放置一对金属板x 如图所示， 在真空中竖直放置一对金属板 x和 x’, 加电压U 水平放置一对金属板Y 加电压U1;水平放置一对金属板Y和Y’，板间距离 加电压U 一电荷量为- 质量为m 为 d 。 加电压 U2 ， 一电荷量为 -q 质量为 m 的带电 粒子从x极板由静止出发。 粒子从 x极板由静止出发 。试分析带电粒子的运 动情况。 不计粒子的重力) 动情况。(不计粒子的重力) 偏转 _加速 v +
人教版高中物理选修3带电粒子在电场中的运动ppt课件
d
运动分析: 平行极板方向(x)：匀速直线 垂直极板方向（x）：匀加速直线
电子作类平抛运动。
15
1）过程分析
vy
v
++++++
-e
v0 y
U m v0
a F eE eU m m md
- - -l - - -
平行极板方向(x)：匀速直线 vx v0
飞行时间 t l v0
x l v0t
v02
2qU m
E
_ + F v
U
5
由于电场力做功 W qU 与场强是否匀强无关，与运动路
径也无关，利用动能定理处理带电粒子加速的方法仍适用
若粒子的初速度为零,则: 1 mv2 qU
2
若粒子的初速度不为零,则:
0
qU
结论：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。
1.9 带电粒子在静电场中的运动
J2459学生示波器
阴极射线管结构示意图
1
教学目标 1．了解带电粒子在电场中的运动——只受电场力， 带电粒子做匀变速运动。 2．重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电 场中的运动(类平抛运动)。 3．知道示波管的主要构造和工作原理。 4.培养学生综合运用力学和电学的知识分析解决带电 粒子在电场中的运动。
A．如果A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时
的速度变为2v
B．如果A、vK间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时 的速度为 2
C．如果A、K间距离保持不变而电压减半，则电子离开K时的
速度变为 v
2
D．如果A、K间距离保持不变而电压减半，则电子离开K时的
运动分析: 平行极板方向(x)：匀速直线 垂直极板方向（x）：匀加速直线
电子作类平抛运动。
15
1）过程分析
vy
v
++++++
-e
v0 y
U m v0
a F eE eU m m md
- - -l - - -
平行极板方向(x)：匀速直线 vx v0
飞行时间 t l v0
x l v0t
v02
2qU m
E
_ + F v
U
5
由于电场力做功 W qU 与场强是否匀强无关，与运动路
径也无关，利用动能定理处理带电粒子加速的方法仍适用
若粒子的初速度为零,则: 1 mv2 qU
2
若粒子的初速度不为零,则:
0
qU
结论：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。
1.9 带电粒子在静电场中的运动
J2459学生示波器
阴极射线管结构示意图
1
教学目标 1．了解带电粒子在电场中的运动——只受电场力， 带电粒子做匀变速运动。 2．重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电 场中的运动(类平抛运动)。 3．知道示波管的主要构造和工作原理。 4.培养学生综合运用力学和电学的知识分析解决带电 粒子在电场中的运动。
A．如果A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时
的速度变为2v
B．如果A、vK间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时 的速度为 2
C．如果A、K间距离保持不变而电压减半，则电子离开K时的
速度变为 v
2
D．如果A、K间距离保持不变而电压减半，则电子离开K时的
高二年级物理选修3-1《带电粒子在电场中的运动》优质课件
有关偏转问题.
带电粒子在匀强电场中的 运动是电场最核心的内容， 也是高考的热点问题，几乎 全国各地每年都有大题是考 查这一知识点的，对带电粒 子的平衡、加速、偏转三类 问题，要认识到这些问题是 力学问题，只是在受力分析 时多了电场力而已.
学习目标
带电粒子在 电场中的运动
直线运动
带电粒子在电场中的平衡问题 带电粒子在电场中的加速问题
曲线运动
带电粒子的偏转问题
一、带电粒子在电场中的平衡问题
①保持静止
1、平衡状态：
②匀速直线运动状态
2、平衡条件：带电粒子在电场中所受合力为零，即F合＝0
【例1】 带电粒子在电场中处于静止状态，该粒
子带正电还是负电?
+++++++
分析：带电粒子处于静止状态，
qE
F合＝0，qE=mg，因为所受重力
竖直向下，所以所受电场力必为
mg
回首页
二、带电粒子在电场中的直线运动（加、减速）
+d
_
基本知识回顾：
如图（不计重力)带正电粒子初速度为
零,经过电场加速后，粒子离开电场的速
+
_ 度多大？
+
m
q
+ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
F电
_
分析：
由动能定理W电
qU
1 2
mv2
0
+U
_
若F合≠0（只受电场力） 且与初速度方向在同
一直线上，带电粒子
将做加速或减速直线 运动
高二物理 选修3-1
带电粒子在电场中的 带电粒子在电场中的运动 运动
讲课人：
温馨提示：课件中所有视频、 动画、声音请在幻灯片下观 看，如不能观看，请更换设 备或电脑观看。
带电粒子在匀强电场中的 运动是电场最核心的内容， 也是高考的热点问题，几乎 全国各地每年都有大题是考 查这一知识点的，对带电粒 子的平衡、加速、偏转三类 问题，要认识到这些问题是 力学问题，只是在受力分析 时多了电场力而已.
学习目标
带电粒子在 电场中的运动
直线运动
带电粒子在电场中的平衡问题 带电粒子在电场中的加速问题
曲线运动
带电粒子的偏转问题
一、带电粒子在电场中的平衡问题
①保持静止
1、平衡状态：
②匀速直线运动状态
2、平衡条件：带电粒子在电场中所受合力为零，即F合＝0
【例1】 带电粒子在电场中处于静止状态，该粒
子带正电还是负电?
+++++++
分析：带电粒子处于静止状态，
qE
F合＝0，qE=mg，因为所受重力
竖直向下，所以所受电场力必为
mg
回首页
二、带电粒子在电场中的直线运动（加、减速）
+d
_
基本知识回顾：
如图（不计重力)带正电粒子初速度为
零,经过电场加速后，粒子离开电场的速
+
_ 度多大？
+
m
q
+ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
F电
_
分析：
由动能定理W电
qU
1 2
mv2
0
+U
_
若F合≠0（只受电场力） 且与初速度方向在同
一直线上，带电粒子
将做加速或减速直线 运动
高二物理 选修3-1
带电粒子在电场中的 带电粒子在电场中的运动 运动
讲课人：
温馨提示：课件中所有视频、 动画、声音请在幻灯片下观 看，如不能观看，请更换设 备或电脑观看。
人教版高中物理选修3-1课件1.9带电粒子在电场中的运动1.pptx
3、带电体：是否考虑重力，要根据题目暗示 或运动状态来判定.
带
电 粒受 子电 在场 电力 场
产 生 加 速 度
使 速 利用电场 度 变 使带电粒子 化
加 速
偏 转
中
一、
怎样求粒子加速后到达另一板的速度?
+q +
m ++
V0
匀速
++ ++ +
_
E
_ _ V=?
__
__
加速
_
匀速
U
U
一、带电粒子的加速
丝移动到金属板,
两处的电势差为U，电势 能减少量为eU.
减少的电势能全部转化为 电子的动能:
1 mv2 qU 2
例与练
1、下列粒子由静止经加速电压为U的电场加
速后，
哪种粒子动能最大 （ D ）
哪种粒子速度最大 （B ）
A、质子
B、电子
C、氘核
D、氦核
Ek
1 2
mv 2
qU
v 2qU m
与电量成正比
问:被这种紫外线照射出的电子，最大速度是 多少？
例与练
4、如图所示的电场中有A、B两点，A、B的电势 差UAB＝100V，一个质量为m=2.0×10-12kg、电 量为q=-5.0×10-8C的带电粒子，以初速度v0 =3.0×103m/s由A点运动到B点，求粒子到达B点
时的速率。（不计粒子重力）
1、动力学观点：
只适用于
电场力:F=qE qU 匀强电场
d
由牛顿第二定律：a
F
qU
m md
Ad B
由运动学公式：
E
v2 0 2ad
带
电 粒受 子电 在场 电力 场
产 生 加 速 度
使 速 利用电场 度 变 使带电粒子 化
加 速
偏 转
中
一、
怎样求粒子加速后到达另一板的速度?
+q +
m ++
V0
匀速
++ ++ +
_
E
_ _ V=?
__
__
加速
_
匀速
U
U
一、带电粒子的加速
丝移动到金属板,
两处的电势差为U，电势 能减少量为eU.
减少的电势能全部转化为 电子的动能:
1 mv2 qU 2
例与练
1、下列粒子由静止经加速电压为U的电场加
速后，
哪种粒子动能最大 （ D ）
哪种粒子速度最大 （B ）
A、质子
B、电子
C、氘核
D、氦核
Ek
1 2
mv 2
qU
v 2qU m
与电量成正比
问:被这种紫外线照射出的电子，最大速度是 多少？
例与练
4、如图所示的电场中有A、B两点，A、B的电势 差UAB＝100V，一个质量为m=2.0×10-12kg、电 量为q=-5.0×10-8C的带电粒子，以初速度v0 =3.0×103m/s由A点运动到B点，求粒子到达B点
时的速率。（不计粒子重力）
1、动力学观点：
只适用于
电场力:F=qE qU 匀强电场
d
由牛顿第二定律：a
F
qU
m md
Ad B
由运动学公式：
E
v2 0 2ad
人教版高中物理选修3-1课件1.9带电粒子在电场中的运动 (2)
(1)粒子射出电场时好像从板长
l
的12处沿直线射出,即
x=ta���n��� ������
=
������ 。
2
推导:带电粒子从偏转电场中射出时的偏移量 y=12at2=12 ·������������������������ ·
������ ������0
2
,作
粒子速度的反向延长线,设交于 O 点,O 点与电场边缘的距离为 x,则
�����������H
2×1
答案: 2∶1
探究一
探究二
������变式训练 1���下 ��� 列粒子从静止状态经过电压为 U 的电场加速后速
度最大的是( )
A.质子
1 1
H
C.α
粒子
4
2He
B.氘核
2
1H
D.钠离子 Na+
解析:由 qU=12mv2,得 v= 2������������������,然后比较各粒子的������������可得选项 A 正确。
������������ = ������0 ������������ = ������������
ห้องสมุดไป่ตู้
������ = ������0������(初速度方向)
������
=
1 2
������������
2(电场线方向)
探究一
探究二
3.导出关系
(1)粒子离开电场时的侧移位移 y=2������������������������������������202。 (2)粒子离开电场时的偏转角 tan θ=���������������0��� = ���������������������������������0��� 2。 (3)粒子离开电场时位移与初速度夹角的正切 tan α=������������ = 2������������������������������������02。 4.几个推论
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������ a=������
=
������������ ������
偏转角为
������������ = ������������, 离开电场时的偏转量 ������ ������������������ φ, 则 tan φ= ⊥ = 。 ������0 ������������������0 2
填一填练一练Fra bibliotek如图所示,在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动,则关于电 子到达Q板时的速度,下列说法正确的是( )
A.两板间距离越大,加速的时间就越长, 获得的速率就越大 B.两板间距离越小,加速度就越大,获得的速度就越大 C.与两板间距离无关,仅与加速电压有关 D.以上说法均不正确
解析:电子由 P 至 Q 的过程中, 静电力做功, 根据动能定理有 eU=2mv 2 , 得 v= 答案:C
1 ������������������ y=2at2 =2������������������ 2 。 离开电场时的 0
2
填一填
练一练
三、示波管(见课本第35页) 1.构造 示波管是示波器的核心部件,外部是一个抽成真空的玻璃壳,内部 主要由电子枪(发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由偏 转电极XX'和偏转电极YY'组成)和荧光屏组成,如图所示。 2.原理 灯丝被电源加热后,发射热电子,发射出来的电子经过加速电场加 速后,以很大的速度进入偏转电场,如在偏转电极YY'之间加一个待 显示的信号电压,在偏转电极XX'上加一仪器自身产生的锯齿形电 压,在荧光屏上就会出现待测信号在一个周期内随时间变化的稳定 图象了。
1
3mp 、 电荷量应为 e;钠离子 Na+的质量比其他三种粒子的质量都大(由于 是选择性推断题, 对此未记质量数也无妨)、电荷量应为 e。
①根据 qU=2mv 2 可以导出 v=
正比、与 ������成反比, 或者与
1
2������������ ������
对于各种粒子来说, 加速电压 U 都是相同的。因此 v 与
1 2������������ , 速度大小与 ������
U 有关, 与距离无关。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一带电粒子在电场中的加速问题
粒子加速器是利用周期性变化的电场使带电粒子在其中不断被 加速的仪器,右图为加速器的一种——直线加速器。思考: 为使粒子不断被加速,粒子运动到每个空隙时,电场方向应如何 变化?
(1)若初速度为零, 则 qU=2mv 2。
1 2
1
(2)若初速度不为零, 则 qU= mv 2- ������������0 2。
1 2
填一填
练一练
二、匀强电场中带电粒子的偏转(见课本第34页) 1.运动状态分析 带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场,受到恒定的 与初速度方向垂直的静电力作用而做匀变速曲线运动。 2.偏转问题的处理方法:将带电粒子的运动沿初速度方向和静电力 方向进行分解。 (1)沿初速度方向的分运动为匀速直线运动,满足x=v0t。 (2)沿静电力方向的分运动为初速度为零的匀加速直线运动,
2������α������ ������α 2������������ 3������p 2������������ ������p
������ 成正比。 ������
������ 成
因为质子和钠离子所带的电荷量相同, 而钠离子的质量却比质 子大得多, 所以可断定——电场加速后的质子速度应比钠离子大得 多。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
②为了严格和慎重起见, 我们对被加速后的 α 粒子、 氚核、 质子
的速度进行下列推导:对于 α 粒子——质量为 4mp 、电荷量为 2e v α=
9
带电粒子在电场中的运动
情景导入
思维导图
被称为世界上规模最庞大的科学工程的欧 洲大型强子对撞机 LHC 如图所示 ,于北京 时间 2008 年 9 月 10 日 15 时正式启动,第 一束质子束被注入对撞机,通过安装在地 下 100 m 深的 27 km 长环形隧道内开始运 行,并顺利运行一周,完成首次测试。 大型强子对撞机的建造是为了解开宇宙大 爆炸之谜。按计划,质子束流会达到 7 万 亿电子伏特的能量(此能量将是以前世界 纪录的 7 倍),当两个强子束流在高能状态 下以接近光速正面相撞时,将产生令人畏 惧的反应能量,堪比宇宙大爆炸。科学家 希望能重建“大爆炸”发生后的宇宙形态 , 探寻宇宙形成之谜。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
【例题1】 有四种粒子:α粒子、氚核、质子和钠离子,从初速度为 零的状态经过加速电压为U的电场之后,请分析哪种粒子的速度最大。
4 3 α 粒子 2 He 的质量应为 4mp 、 电荷量应为 2e;氚核 1 H 的质量应为
解析:若以 mp 表示质子 1 H 的质量、以 e 表示质子的电荷量, 则
探究一
探究二
问题导引
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1.常见带电粒子及受力特点 电子、质子、α粒子等带电粒子在电场中受到的静电力一般远 大于重力,通常情况下,重力可以忽略。 2.受力分析 因带电粒子(电子、质子、α粒子等)受到的重力远远小于静电力, 所以讨论带电粒子在电场中运动的问题时忽略重力,而带电液滴、 小球等则不可忽略重力,在分析这类问题时只需求静电力与重力的 合力就可以了。
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3.处理带电粒子在电场中加速问题的两种方法 可以从动力学和功能关系两个角度分析如下:
动力学角度 功能关系角度
应用 应用牛顿第二定律以及匀 功的公式及动能定理 知识 变速直线运动公式 可以是匀强电场, 也可以是非匀 适用 匀强电场, 静电力是恒力 强电场, 静电力可以是恒力, 也可 条件 以是变力
填一填
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一、带电粒子的加速(见课本第33页) 1.运动状态分析 带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场,受到的静电力与运 动方向在同一直线上,做匀变速直线运动,可以根据带电粒子受到 的静电力,用牛顿第二定律求出加速度,结合运动学公式确定粒子 的速度、位移等。 2.用功能观点分析 可以根据静电力对带电粒子做的功,研究粒子的电势能变化,利用 动能定理研究全过程中能量的转化,研究带电粒子的速度变化、发 生的位移等。
=
������������ ������
偏转角为
������������ = ������������, 离开电场时的偏转量 ������ ������������������ φ, 则 tan φ= ⊥ = 。 ������0 ������������������0 2
填一填练一练Fra bibliotek如图所示,在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动,则关于电 子到达Q板时的速度,下列说法正确的是( )
A.两板间距离越大,加速的时间就越长, 获得的速率就越大 B.两板间距离越小,加速度就越大,获得的速度就越大 C.与两板间距离无关,仅与加速电压有关 D.以上说法均不正确
解析:电子由 P 至 Q 的过程中, 静电力做功, 根据动能定理有 eU=2mv 2 , 得 v= 答案:C
1 ������������������ y=2at2 =2������������������ 2 。 离开电场时的 0
2
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三、示波管(见课本第35页) 1.构造 示波管是示波器的核心部件,外部是一个抽成真空的玻璃壳,内部 主要由电子枪(发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由偏 转电极XX'和偏转电极YY'组成)和荧光屏组成,如图所示。 2.原理 灯丝被电源加热后,发射热电子,发射出来的电子经过加速电场加 速后,以很大的速度进入偏转电场,如在偏转电极YY'之间加一个待 显示的信号电压,在偏转电极XX'上加一仪器自身产生的锯齿形电 压,在荧光屏上就会出现待测信号在一个周期内随时间变化的稳定 图象了。
1
3mp 、 电荷量应为 e;钠离子 Na+的质量比其他三种粒子的质量都大(由于 是选择性推断题, 对此未记质量数也无妨)、电荷量应为 e。
①根据 qU=2mv 2 可以导出 v=
正比、与 ������成反比, 或者与
1
2������������ ������
对于各种粒子来说, 加速电压 U 都是相同的。因此 v 与
1 2������������ , 速度大小与 ������
U 有关, 与距离无关。
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探究一带电粒子在电场中的加速问题
粒子加速器是利用周期性变化的电场使带电粒子在其中不断被 加速的仪器,右图为加速器的一种——直线加速器。思考: 为使粒子不断被加速,粒子运动到每个空隙时,电场方向应如何 变化?
(1)若初速度为零, 则 qU=2mv 2。
1 2
1
(2)若初速度不为零, 则 qU= mv 2- ������������0 2。
1 2
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二、匀强电场中带电粒子的偏转(见课本第34页) 1.运动状态分析 带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场,受到恒定的 与初速度方向垂直的静电力作用而做匀变速曲线运动。 2.偏转问题的处理方法:将带电粒子的运动沿初速度方向和静电力 方向进行分解。 (1)沿初速度方向的分运动为匀速直线运动,满足x=v0t。 (2)沿静电力方向的分运动为初速度为零的匀加速直线运动,
2������α������ ������α 2������������ 3������p 2������������ ������p
������ 成正比。 ������
������ 成
因为质子和钠离子所带的电荷量相同, 而钠离子的质量却比质 子大得多, 所以可断定——电场加速后的质子速度应比钠离子大得 多。
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②为了严格和慎重起见, 我们对被加速后的 α 粒子、 氚核、 质子
的速度进行下列推导:对于 α 粒子——质量为 4mp 、电荷量为 2e v α=
9
带电粒子在电场中的运动
情景导入
思维导图
被称为世界上规模最庞大的科学工程的欧 洲大型强子对撞机 LHC 如图所示 ,于北京 时间 2008 年 9 月 10 日 15 时正式启动,第 一束质子束被注入对撞机,通过安装在地 下 100 m 深的 27 km 长环形隧道内开始运 行,并顺利运行一周,完成首次测试。 大型强子对撞机的建造是为了解开宇宙大 爆炸之谜。按计划,质子束流会达到 7 万 亿电子伏特的能量(此能量将是以前世界 纪录的 7 倍),当两个强子束流在高能状态 下以接近光速正面相撞时,将产生令人畏 惧的反应能量,堪比宇宙大爆炸。科学家 希望能重建“大爆炸”发生后的宇宙形态 , 探寻宇宙形成之谜。
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【例题1】 有四种粒子:α粒子、氚核、质子和钠离子,从初速度为 零的状态经过加速电压为U的电场之后,请分析哪种粒子的速度最大。
4 3 α 粒子 2 He 的质量应为 4mp 、 电荷量应为 2e;氚核 1 H 的质量应为
解析:若以 mp 表示质子 1 H 的质量、以 e 表示质子的电荷量, 则
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1.常见带电粒子及受力特点 电子、质子、α粒子等带电粒子在电场中受到的静电力一般远 大于重力,通常情况下,重力可以忽略。 2.受力分析 因带电粒子(电子、质子、α粒子等)受到的重力远远小于静电力, 所以讨论带电粒子在电场中运动的问题时忽略重力,而带电液滴、 小球等则不可忽略重力,在分析这类问题时只需求静电力与重力的 合力就可以了。
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3.处理带电粒子在电场中加速问题的两种方法 可以从动力学和功能关系两个角度分析如下:
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应用 应用牛顿第二定律以及匀 功的公式及动能定理 知识 变速直线运动公式 可以是匀强电场, 也可以是非匀 适用 匀强电场, 静电力是恒力 强电场, 静电力可以是恒力, 也可 条件 以是变力
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一、带电粒子的加速(见课本第33页) 1.运动状态分析 带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场,受到的静电力与运 动方向在同一直线上,做匀变速直线运动,可以根据带电粒子受到 的静电力,用牛顿第二定律求出加速度,结合运动学公式确定粒子 的速度、位移等。 2.用功能观点分析 可以根据静电力对带电粒子做的功,研究粒子的电势能变化,利用 动能定理研究全过程中能量的转化,研究带电粒子的速度变化、发 生的位移等。