資源簡(jiǎn)介

(共37張PPT)
第十章 靜電場(chǎng)中的能量
第五節(jié) 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)
目 錄/
1.
學(xué)習(xí)目標(biāo)
2.
情景導(dǎo)入
3.
新課講解
4.
小試牛刀
5.
課堂小結(jié)
PART 01
學(xué)習(xí)目標(biāo)
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.認(rèn)識(shí)理解帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并能分析解決加速和偏轉(zhuǎn)方向的問(wèn)題
2.知道示波器的構(gòu)造和基本原理，能解釋相關(guān)的物理現(xiàn)象
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
PART 02
情境導(dǎo)入
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
+
電子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？具體應(yīng)用有哪些呢？
本節(jié)課我們來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題。
醫(yī)用電子直線加速器
PART 03
新課講解
問(wèn)題1：
物體在重力場(chǎng)中僅受重力作用時(shí)可能做哪些運(yùn)動(dòng)？
自由落體運(yùn)動(dòng)
豎直上拋運(yùn)動(dòng)
豎直下拋運(yùn)動(dòng)
平拋運(yùn)動(dòng)
斜拋運(yùn)動(dòng)
問(wèn)題2：
帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中僅受電場(chǎng)力作用時(shí)可能做哪些運(yùn)動(dòng)？
勻加速直線運(yùn)動(dòng)
平拋運(yùn)動(dòng)
類平拋運(yùn)動(dòng)
勻減速直線運(yùn)動(dòng)
考慮重力呢？
①微觀帶電粒子：電子、質(zhì)子、粒子、離子等，除特別說(shuō)明或暗示外，一般不考慮
②宏觀帶電粒子：液滴、油滴、塵埃、小球等，除特別說(shuō)明或暗示外，一般考慮
F
F
F
-
+
E
+
E
勻減速
勻加速
平拋
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
G
+
E
F
G
類平拋
v
v
E
帶電粒子由靜止釋放在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)距離x后的速度為多少？
有哪幾種求解方法？
方法1：動(dòng)力學(xué)
由牛頓第二定律：
由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式：
方法2：動(dòng)能定理
由動(dòng)能定理：
A
B
m,q
x
F
帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)
d （U）
+
﹣
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
+
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
例1：實(shí)驗(yàn)表明，熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在熾熱金屬絲和金屬板間加以電壓U=2 500 V，從熾熱金屬絲發(fā)射出的電子在真空中被加速后，從金屬板的小孔穿出。電子射出后的速度有多大？設(shè)電子剛從金屬絲發(fā)射時(shí)的速度為零。
解：電荷量為e的電子從金屬絲移動(dòng)到金屬板
兩處的電勢(shì)差為U，電勢(shì)能變化（減少）為eU
電勢(shì)能的變化全部轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能
結(jié)論：由于電場(chǎng)力做功與場(chǎng)強(qiáng)是否勻強(qiáng)無(wú)關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無(wú)關(guān)，所以在處理電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速問(wèn)題時(shí)，一般都是利用動(dòng)能定理進(jìn)行處理。







注意：求電場(chǎng)力做功時(shí)，電勢(shì)差應(yīng)該為初末位置的電勢(shì)差
練習(xí)

學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
多級(jí)加速問(wèn)題
如圖多級(jí)平行板連接，間隙等寬，能否給電子加速？
U
＋
＋
＋
－
－
－
1
2
3
4
5
6
S
E
E
E
E
E
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
思考：
U
＋
－
＋
－
1
2
3
4
5
6
S
E
E
E
E
E
＋
－
－
＋
－
＋
~
交流電
為保證電子一直勻加速直線運(yùn)動(dòng)
電子速度越來(lái)越大，穿過(guò)相鄰兩極板的時(shí)間越來(lái)越少
要求交流電的周期越來(lái)越短
也即交流電的頻率越來(lái)越高
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
U
O
u0
-u0
t
T
2T
U
~
＋
－
如果使交流電的周期（頻率）不變，也就需要極板間的間距越來(lái)越大
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
帶電粒子的偏轉(zhuǎn)
-
+
如圖，兩個(gè)相同極板的長(zhǎng)度為，相距，極板間的電壓為。一個(gè)電子沿平行于板面的方向以速度射入兩極板之間，受向下的電場(chǎng)力，做勻加速曲線運(yùn)動(dòng)
l
d
U
-
+
l
d
U
垂直電場(chǎng)方向：
勻速直線運(yùn)動(dòng)
沿電場(chǎng)方向：
初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)
平行于極板方向 垂直于極板方向
位移
速度
其中：
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
解：電子做曲線運(yùn)動(dòng)，
平行于極板方向：
垂直于極板方向：
，
得
而
∴
U
-
+
l
d
示波器：用來(lái)觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的電子儀器。其核心部分是示波管
示波管
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
示波管的原理
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
亮斑
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
鋸齒形掃描電壓
亮線
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
解析：掃描電壓的周期為，而待測(cè)信號(hào)電壓周期為，則在第一個(gè)內(nèi)圖形為待測(cè)信號(hào)的前半段，第二個(gè)內(nèi)為待測(cè)信號(hào)的后半段，且由于的電勢(shì)比高，所以都在右側(cè)
練習(xí)：如圖所示的示波管，如果在之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在之間加如圖所示的鋸齒形電壓，使的電勢(shì)比高，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
E
等效最高點(diǎn)最低點(diǎn)問(wèn)題
G
僅在重力場(chǎng)內(nèi)，要求做完整的圓周運(yùn)動(dòng)：
qE
G
最高點(diǎn)vmin：
最低點(diǎn)vmax：
G提供向心力
G背離圓心
復(fù)合場(chǎng)內(nèi)（qE＞G），要求做完整的圓周運(yùn)動(dòng)：
+
+
qE
A
B
令qE - G = G
A點(diǎn)G 提供向心力
等效于
最高點(diǎn)vmin
B點(diǎn)G 背離圓心
等效于
最低點(diǎn)vmax
（類比法）
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
例. 如圖，細(xì)線一端系住質(zhì)量為m的小球，以另一端O為圓心，使小球在豎直面內(nèi)做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)。若小球帶正電，電荷量為q，空間有場(chǎng)強(qiáng)大小為E、方向豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，為了使小球能做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，在最低點(diǎn)A處小球應(yīng)具有多大的速度？（重力加速度為g）
等效最高點(diǎn)最低點(diǎn)問(wèn)題 ：
G 指向圓心
等效于
最高點(diǎn)vmin
G 背離圓心
等效于
最低點(diǎn)vmax
（類比法）
課后測(cè)試
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
PART 04
小試牛刀
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
1.如圖所示，一帶電粒子從P點(diǎn)以初速v射入勻強(qiáng)電場(chǎng)，僅受電場(chǎng)力的作用，則可能的運(yùn)動(dòng)軌跡及電勢(shì)能的變化情況是( )
A.軌跡a，電勢(shì)能變大
B.軌跡b，電勢(shì)能變小
C.軌跡c，電勢(shì)能變小
D.軌跡d，電勢(shì)能變小
C
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
答案：C
解析：A.若是軌跡a，則粒子帶負(fù)電，電勢(shì)能先增大后減小，A錯(cuò)誤；
B.由于初速度和電場(chǎng)力方向不在一條直線上，所以不可能做直線運(yùn)動(dòng)，B錯(cuò)誤；
C.若軌跡是c，則粒子帶正電，電勢(shì)能變小，C正確；
D.軌跡d的電場(chǎng)力方向前后改變了，不可能發(fā)生，D錯(cuò)誤。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
2.如圖所示，讓 、 和 的混合物由
靜止開(kāi)始從A點(diǎn)經(jīng)同一加速電場(chǎng)加速，然
后穿過(guò)同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)。下列說(shuō)法正確的是( )
A.進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)三種粒子具有相同的速度
B.進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)三種粒子具有相同的動(dòng)能
C.三種粒子從不同位置沿不同方向離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)
D.三種粒子從相同位置沿相同方向離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)
D
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
答案：D
解析：AB.設(shè)粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，加速電場(chǎng)電壓為U1，偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)電壓為U2，板長(zhǎng)為L(zhǎng)，板間距離為d；粒子經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)過(guò)程，根據(jù)動(dòng)能定理可得
， ，可知 、 進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)具有相同的動(dòng)能， 進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能最大； 、 進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)具有相同的速度， 進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的速度最大，故AB錯(cuò)誤；
CD.粒子經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)過(guò)程做類平拋運(yùn)動(dòng)，則有 ， ， ，
聯(lián)立可得 粒子離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)速度方向與水平方向的夾角滿足
可知粒子經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)位移與粒子的電荷量和質(zhì)量均無(wú)關(guān)，則 、 和 經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的軌跡相同，三種粒子從相同位置沿相同方向離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，故C錯(cuò)誤，D正確。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
3.如圖甲所示為示波管，如果在之間加如圖乙所示的交變電壓，同時(shí)在之間加如圖丙所示的鋸齒形電壓，使X的電勢(shì)比高，則在熒光屏上會(huì)看到圖形為( )
A. B. C. D.
C
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
答案：C
解析：因 偏轉(zhuǎn)電極接入的是鋸齒形電壓，即掃描電壓，且周期與 偏轉(zhuǎn)電壓上加的是待顯示的信號(hào)電壓相同，則以在熒光屏上得到的信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)的穩(wěn)定圖象.則顯示如圖所示
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
4.如圖所示，虛線a、b、c是電場(chǎng)中的三個(gè)等勢(shì)面，相鄰等勢(shì)面間的電勢(shì)差相同，虛線MN與等勢(shì)面垂直，
實(shí)線為一帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn)僅在靜電力作用
下通過(guò)該區(qū)域的運(yùn)動(dòng)軌跡，P、Q是軌跡
上的兩點(diǎn)，下列說(shuō)法中正確的是( )
A.帶電質(zhì)點(diǎn)在P點(diǎn)時(shí)受到的電場(chǎng)力方向一定沿圖中PM方向向上
B.三個(gè)等勢(shì)面中，等勢(shì)面a的電勢(shì)最高
C.帶電質(zhì)點(diǎn)通過(guò)P點(diǎn)時(shí)的加速度比通過(guò)Q點(diǎn)時(shí)小
D.帶電質(zhì)點(diǎn)通過(guò)P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能比通過(guò)Q點(diǎn)時(shí)大
B
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
答案：B
解析：A.根據(jù)軌跡判斷受力方向指向曲線內(nèi)側(cè)，故A錯(cuò)誤；
B.由等勢(shì)面畫(huà)出電場(chǎng)線如圖所示
根據(jù)軌跡判斷受力方向指向曲線內(nèi)側(cè)，由于是負(fù)電荷，可判斷出a的電勢(shì)最高，故B正確；
C.等差等勢(shì)面密集處場(chǎng)強(qiáng)大，帶電質(zhì)點(diǎn)在P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大于在Q點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，在P點(diǎn)的加速度大于在Q點(diǎn)的加速度，故C錯(cuò)誤；
D.從P向Q運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力做正功， ，若從Q向P運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力做負(fù)功， ，故D錯(cuò)誤。
PART 05
課堂小結(jié)
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
①帶電粒子在電場(chǎng)中的加速
初速度為零：
初速度不為零：
上述公式適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)和非勻強(qiáng)電場(chǎng).
在電場(chǎng)中運(yùn)用動(dòng)能定理時(shí)，帶電粒子如電子、質(zhì)子等的重力通常忽略不計(jì)
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
②帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)
帶電粒子以速度v0垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，由于帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)僅受電場(chǎng)力作用（與初速度方向垂直且恒定），不考慮重力，故帶電粒子做類平拋運(yùn)動(dòng).
粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 ，加速度 ，偏轉(zhuǎn)距離
.粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度 滿足
.因 ，則粒子的末動(dòng)能
水平方向：勻速直線運(yùn)動(dòng)
豎直方向：勻變速直線運(yùn)動(dòng)
末速度為vx與vy的矢量和
感謝觀看

展開(kāi)更多......

收起↑