X3-1-1-1-1帶電粒子在電場中運(yùn)動

1、 帶電粒子在電場中的運(yùn)動在電子、質(zhì)子、微小的帶電油滴、離子、 帶電微塵中 哪些是帶電粒子？帶電粒子怎么進(jìn)入勻強(qiáng)電場中, 比較簡單的情況是什么？ 現(xiàn)在，我們只研究勻強(qiáng)電場中靜止帶電粒子的運(yùn)動、以及平行電場線方向飛入或垂直電場線方向飛入電場后的運(yùn)動粒子的運(yùn)動象重力場中的什么運(yùn)動？E+q不計(jì)粒子重力F=qEV0 =0象自由落體，粒子被電場加速，你答對了。粒子的運(yùn)動象重力場中的什么運(yùn)動？V0 F=qE不計(jì)粒子重力-q象上拋運(yùn)動，你答對了E粒子的運(yùn)動象重力場中的什么運(yùn)動？EF=qE+qV0不計(jì)粒子重力象平拋運(yùn)動，粒子經(jīng)過電場時被偏轉(zhuǎn)了，你答對了。帶電粒子在電場中運(yùn)動時，所受電場力對粒子產(chǎn)生加速度，改變粒

2、子的速度。電場力（合外力）對粒子做功，動能和電勢能之間相互轉(zhuǎn)化,改變粒子的動能。 質(zhì)子、電子、離子等帶電粒子所受重力一般遠(yuǎn)小于電場力，重力可以忽略。重力勢能就可以不考慮。帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動時，所受電場力是恒力,產(chǎn)生恒定的加速度，所以帶電粒子在均強(qiáng)電場中的運(yùn)動是跟物體在重力場中的自由落體和拋體運(yùn)動相似的勻加速運(yùn)動.方法1：從動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)角度分析粒子被加速F=qEa=F/mU+-m qd下 面 我 們 來 研 究電 場 對 帶 電 粒 子 的加 速 問 題 請推導(dǎo)v0=0時，粒子出電場時的動能Ek和末速度vt的表達(dá)式。Ek=qU vt=你答對了嗎？怎么描述粒子被加速后的運(yùn)動情況?弄清粒子有

3、多大的末速度,粒子增加了多少動能用牛頓第二定律和動能定理解+Udq-方法：從做功和能量的角度分析粒子被加速粒子只受到電場力且只有電場力做功0還有問題：如果不是勻強(qiáng)電場，上面公式是否適用？U+-dq 0由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動路徑也無關(guān)，上面公式仍適用！顯然，用功能關(guān)系解題簡便！請推導(dǎo)v0=0時，粒子出電場時的動能Ek和末速度vt的表達(dá)式。 電荷量為e 的電子從金屬絲移動到金屬板。兩處的電勢差為U，電場力做功為e U 等于電子的動能增量。解：所以 結(jié)論1：由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動路徑也無關(guān)，所以在處理電場對帶電粒子的加速問題時，一般都是利用動能定理進(jìn)行處理。下面我

4、們來研究電場對帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問題y l+-v0Fdvv0vy怎么描述粒子出電場時偏轉(zhuǎn)的情況?弄清粒子有多大的偏移量y和速度偏向角解類平拋運(yùn)動不計(jì)重力，初速度垂直于電場方向飛入勻強(qiáng)電場）粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動）粒子在與電場平行的方向上做初速度為零的勻加速運(yùn)動vxv0X=l=v0tt=vy=aty=vv0vyy l+-qdv0F =tan 推導(dǎo)離開電場時偏移量:推導(dǎo)離開電場時偏轉(zhuǎn)角:推導(dǎo)電場中飛行時間:yxt=vy=aty=tan 解：代入數(shù)據(jù)得y =0.36代入數(shù)據(jù)得=6.80結(jié)論2：帶電粒子初速度垂直于電場方向飛入勻強(qiáng)電場的問題就是一個類平拋的問題。粒子在與電場垂直的方向上做勻

5、速直線運(yùn)動粒子在與電場平行的方向上做初速為零的勻加速運(yùn)動下面看看加速和偏轉(zhuǎn)一體的問題例3 離子發(fā)生器發(fā)射出一質(zhì)量為m ，電荷量為q的負(fù)離子，從靜止開始 經(jīng)加速電壓U 1 加速后，獲得速度 ，并沿垂直于電場線方向射入兩平行板中央，受偏轉(zhuǎn)電壓U2作用后，以速度離開電場，已知平行板長為l ，兩板間距離為d， 離子在離開偏轉(zhuǎn)電場時的橫向偏移量和偏轉(zhuǎn)角的正切值。求： l+-u1dU2v0m qt=在偏轉(zhuǎn)電場內(nèi)飛行時間v0加速電場的作用解：電勢能轉(zhuǎn)化為動能離子在離開偏轉(zhuǎn)電場時的橫向偏移量和偏轉(zhuǎn)角的正切值。 l+-qyv0F u1vyv0偏移量：at = 速度偏轉(zhuǎn)角的正切值：tan = v0=vy=at偏轉(zhuǎn)

6、量和帶電粒子q、m無關(guān)，只取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場速度偏轉(zhuǎn)角和帶電粒子q、m無關(guān)，只取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場思考題：讓一價氫離子、一價氦離子和二價氦離子的混合物經(jīng)過同一加速電場由靜止開始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場里偏轉(zhuǎn)，在通過加速電場時獲得的動能是否相同？通過偏 轉(zhuǎn)電場時，它們是否會分為三股？請說明理由。答案：通過加速電場時獲得的動能Ek=qU,加速電壓相同，二價氦離子電荷量最大，所以二價氦離子獲得動能最大。不同帶電粒子在經(jīng)過相同的加速電場和偏轉(zhuǎn)電場時，粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場和偏轉(zhuǎn)電場決定，三種粒子具有相同的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角，所以三種粒子不可能分開為三股。你答對了嗎？3 示波管的原理示波器課堂小結(jié)：一、利用電場使帶電粒子加速二、利用電