带电粒子在匀强电场中的运动课件.ppt

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1、带电粒子在匀强电场中的运动武汉市武钢十六中　　朱广林【学习目标】2.探究示波管的工作原理。通过实例分析，探究带电粒子在电场中的加速、偏转、匀速直线运动的规律。带电粒子在匀强电场中的运动【探究1】带电粒子在电场中从静止开始加速，从一个极板到达另一个极板时的速度如何计算？(不计重力)u加速电极ｖ＋－●●ｍ、ｑｑU=－ｍｖ２①12【例１】电子的质量为9.1×10-31kg，电量为1.6×10-19C，在电场中从静止开始，经180ｖ电压加速后，试估算电子的速度为多大？分析：根据动能定理：∴ｖ＝√2ｑU/ｍｖ＝√２ｑu/ｍ解：＝√２×1.6×10-19×180/9.

2、1×10-31ｍ/ｓ≈8×10６ｍ/ｓ为何电子经过区区１８０伏电压加速，速度即达到八百万米每秒之巨？【思考】电子的比荷(ｑ/ｍ)太大。θvyvxｖｔ●●ｄ，U偏转电极ｖ0vvxｔ●ｔ●ｘ＝ｌｘｙo【探究2】带电粒子以ｖ0初速度垂直电场方向进入偏转电场,从另一端穿出。粒子在电场中作何运动?其偏转距离y和偏转角的正切值tanθ如何计算？与U有何关系？粒子作类平抛运动，可分解为沿x方向的匀速直线运动和沿y方向的匀加速直线运动。y【分析】＝0.04/8×10６ｓ＝5×10－9ｓｖ０ｔ　　　②ｘ＝ｙ＝－ａｔ２③１２若ｘ＝ｌ＝4ｃｍ，ｖ０＝8×10６ｍ/ｓ，则电子穿过

3、偏转电极间的时间ｔ为多少？又由牛顿第二定律和场强公式得：ａ＝ｑE/ｍ＝ｑu/ｍｄ　　　④∴ｙ＝ｑUｌ２２ｍｄｖ０２tanθ＝＝　　＝vyatｑUｌvxv0ｍｄｖ０２＝1/（2×108）ｓ，ｔ＝ｌ/ｖ０【思考】这样短的时间意味着什么？∝U　　⑤∝U⑥电子在一瞬间就通过了偏转电场。即二亿分之一秒！【探究3】带电粒子以ｖt速度离开偏转电场，在到达荧光屏之前作何运动？在荧光屏上的偏转距离y‘如何计算？y’与U有何关系？θvyvxｖｔ●●●·y‘偏转电极荧光屏ｖ0vvxｔ●●ｔ●●ｙLｘｙoｙ1【分析】粒子离开偏转电场后，由于不受力的作用，作匀速直线运动。y’＝ｙ＋

4、L·tａｎθ＝　　　　　（L＋　）ｑUｌ　　　　ｌｍｄｖ０２２ｙ＝　　　　　　∝U⑤ｑuｌ２２ｍｄｖ０２tanθ＝＝　　＝　　　　　∝U⑥vyatｑUｌvxv0ｍｄｖ０２y‘＝ｙ1＝L·tａｎθ⑧y＋ｙ1⑦由⑤⑥⑦⑧得：∝U　　⑦【偏转规律】若带电粒子以一定的初速度垂直场强方向进入偏转电场，则粒子打在荧光屏上的偏移量y‘与偏转电压Uy成正比，即y’∝Uy●y‘偏转电极L荧光屏●Uy【实验演示】调节带电粒子的偏转电压，其轨迹发生变化，打在屏幕上的位置也随之变化。【示波管】因此，通过改变偏转电压，就可以改变带电粒子到达荧光屏上的位置，从而控制电子的运动。利用此

5、原理，人们制成了示波管。【Flash动画】演示示波管的结构。【探究】探究示波管的工作原理。t【猜想1】若在竖直方向加上恒定不变的电压，则电子打在荧光屏上的位置有何特征？（规定上极板带正电荷时Uy为正）UｙL荧光屏●Uｙ＋－tU2【猜想2】若在竖直方向加上如下所示的电压，则电荷打在荧光屏上的位置有何特征？L荧光屏●Uｙ－＋【实验演示】使带电粒子的偏转电压反向，观察其轨迹。t【猜想3】若在竖直方向加上如下所示的电压，则电荷打在荧光屏上的位置有何特征？UｙL荧光屏●Uｙ【实验演示】用信号源给示波器y方向输入方波信号，观察示波器波形。调节方波频率，观察波形的闪烁情

6、况，并做出解释。t【猜想4】若在水平方向加上如下所示的电压，则电荷打在荧光屏上的位置有何特征？UxL荧光屏●Uｙ【实验演示】用信号源给示波器x方向输入方波信号，观察示波器波形。ｔ/ｓ【猜想5】若在水平方向加上如下所示的电压，则电荷打在荧光屏上的位置有何特征？(设ｔ＝5×10－9ｓ)Ux0.02【分析】ｔ＝5×10－9ｓ，T=２×10－２ｓ，L荧光屏●Uｙ∴ｔ<

7、直方向分别加上如下所示的电压，则电荷打在荧光屏上的位置有何特征？UxtUyL荧光屏●Uｙ【实验演示】用信号源给示波器y方向输入锯齿波信号，并利用示波器内部的扫描电压，观察示波器波形。【几何画板演示】t【猜想7】若水平、竖直方向分别加上如下所示的电压，则电荷打在荧光屏上的位置有何特征？UxtUy＝UmsinωtTTL荧光屏●Uｙ【实验演示】用信号源给示波器y方向输入正弦波信号，并利用示波器内部的扫描电压，观察示波器波形。几何画板动态演示3DMAX动态演示【小结】本节课通过带电粒子在电场中的加速、偏转和匀速直线运动的原理推导，通过猜想、实验、动画模拟等多种手段

8、，探究了示波管的工作原理，提高了大家应用电场知识的能力。【作业】研