第一章第九節(jié)帶電粒子在電場中的運(yùn)動

第一章第九節(jié)帶電粒子在電場中的運(yùn)動1.帶電體的受力特點(diǎn)研究帶電粒子在電場中的運(yùn)動要注意以下三點(diǎn)：2.結(jié)合帶電粒子的受力和初速度分析其運(yùn)動性質(zhì)3.注意選取合適的方法解決帶電粒子的運(yùn)動問題一.帶電體的分類及受力特點(diǎn)思考.一個電子的質(zhì)量為0.91×10-30kg,電荷量e=1.6×10-19C，當(dāng)它位于E=5×104V/m的電場中時:受到的重力G為多大？受到的電場力F為多大？F/G=？你會發(fā)現(xiàn)什么？F/G=1×1015G=mg=9×10-30NF=qE=8×10-15N

電子、質(zhì)子、離子等微觀帶電粒子所受重力一般遠(yuǎn)小于電場力，重力可以忽略（有說明或暗示除外）。1.帶電粒子電子，質(zhì)子，核，正負(fù)離子等不計重力。（不能忽略質(zhì)量）2.帶電微粒帶電小球、液滴、油滴、塵埃等。計重力F和v決定物體運(yùn)動性質(zhì)電荷在電場中運(yùn)動:平衡、加速、減速、偏轉(zhuǎn)、圓周運(yùn)動等二.帶電粒子在電場中的運(yùn)動1.帶電粒子在場中的平衡問題條件：∑F＝0結(jié)論：靜止或勻直例1.帶電粒子在電場中處于靜止?fàn)顟B(tài)，該粒子帶正電還是負(fù)電?+++++++-------Eqmg變式.質(zhì)量為m微粒，q沿速度方向勻直求E+++++++-------EqmgV2.帶電粒子在電場中的勻變速直線運(yùn)動條件：（1）∑F≠0（2）F//V結(jié)論：加速或減速平行金屬板，板間電壓U。一正電荷q的帶電粒子。它在電場力的作用下，由靜止開始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動，到達(dá)負(fù)板時的速度有多大？(不考慮粒子的重力）qUm+_帶電粒子的加速d例題2.勻強(qiáng)場qUm+_帶電粒子的加速d1、受力分析:

水平向右的電場力F＝Eq=qU/dF2、運(yùn)動分析:初速度為零，加速度為a=qU/md解法一運(yùn)用運(yùn)動學(xué)知識求解解法二運(yùn)用能量知識求解熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在金屬絲和金屬板間加以電壓U=2500V，發(fā)射出的電子在真空中加速后，從金屬板的小孔穿出。電子穿出時的速度有多大？設(shè)電子剛離開金屬絲時的速度為零。例題3.非勻強(qiáng)場

解：例4.如圖所示，一個質(zhì)量為m，電荷量為+q的粒子，從兩平行板左側(cè)中點(diǎn)以初速度v0沿垂直場強(qiáng)方向射入，兩平行板的間距為d，兩板間的電勢差為U，金屬板長度為L，（1）若帶電粒子能從兩極板間射出，求粒子射出電場時的側(cè)移量。（2）若帶電粒子能從兩極板間射出，求粒子射出電場時的偏轉(zhuǎn)角度。3.帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)練習(xí)：如圖所示，水平放置的平行金屬板的板長l＝4cm，板間勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)E＝104N/C，一束電子以初速度v0=2×107m/s垂直進(jìn)入板間，從板的中間到豎立的熒光屏的距離L＝20cm，求電子打在熒光屏的光點(diǎn)A偏轉(zhuǎn)的距離Y。(電子質(zhì)量0.91×10－30kg)LlY練習(xí).質(zhì)子(質(zhì)量為m、電量為e)和二價氦離子(質(zhì)量為4m、電量為2e)以相同的初動能垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，離開電場后，它們的偏轉(zhuǎn)角正切之比為

，側(cè)移之比為

。

1:21:2練習(xí)、如圖所示，電子的電荷量為e，質(zhì)量為m，以v0的速度沿與場強(qiáng)垂直的方向從A點(diǎn)飛入勻強(qiáng)電場，并從另一側(cè)B點(diǎn)沿與場強(qiáng)方向成1500角飛出。則A、B兩點(diǎn)間的電勢差為_________。1500ABE三.帶電粒子在電場中的組合運(yùn)動例5一個電荷量為-q質(zhì)量為m的帶電粒子，由靜止進(jìn)入一個電壓為U1的加速電場加速后，又垂直進(jìn)入一個電壓為U2的偏轉(zhuǎn)電場，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場偏轉(zhuǎn)后打在熒光屏上,整個裝置如圖示.(不計粒子的重力).求:(1)出偏轉(zhuǎn)電場時的偏移距離y；(2)出偏轉(zhuǎn)電場時的偏轉(zhuǎn)角；(3)打在熒光屏上時的偏移距離Y.v0++++++------U2dlvyθvy_+U1-qmv0OYLθ經(jīng)加速電場U1加速后:經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場U2偏轉(zhuǎn)后:(1)偏移距離y:dmvqlU2022=2y(2)偏轉(zhuǎn)角:θdmvqlU20=2tanq(3)偏移距離Y:qtan)L2(lY+=dUlU122=dUlU1224=dUlU122v0++++++------U2dlvyθvy_+U1-qmv0OYLθ練習(xí).如圖，電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始加速，然后射入電勢差為U2的兩塊平行極板間的電場中，入射方向跟極板平行。整個裝置處在真空中，重力可忽略。在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角θ變大的是（）A、U1變大、U2變大B、U1變小、U2變大C、U1變大、U2變小D、U1變小、U2變小dUlU122=B練習(xí).如圖所示，二價氦離子和質(zhì)子的混合體，經(jīng)同一加速電場加速后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，偏轉(zhuǎn)后，打在同一熒光屏上，則它們()A、側(cè)移距離相同B、偏轉(zhuǎn)角相同C、到達(dá)屏上同一點(diǎn)D、到達(dá)屏上不同點(diǎn)ABCdUlUy1224=帶電粒子的偏移量和偏轉(zhuǎn)角由系統(tǒng)決定，而與粒子的質(zhì)量、電量無關(guān).只要電性相同的帶電粒子,在電場中留下的軌跡相同,所以無法將電性相同的粒子分開.dUlU122=tanqqtan)L2(lY+=dUlU122電子槍熒光屏偏轉(zhuǎn)電極+-XX、y、yXX、y、y亮斑四、示波管原理1、構(gòu)成YY’XX’-+--+-若金屬板水平放置電子將豎直偏轉(zhuǎn)若金屬板豎直放置電子將水平偏轉(zhuǎn)2、偏轉(zhuǎn)電極的放置方式及作用3、各部分的作用產(chǎn)生高速飛行的電子束待顯示的電壓信號鋸齒形掃描電壓使電子沿Y方向偏移使電子沿x方向偏移4、示波管的原理的問題討論（1）如果在電極XX’之間不加電壓，而在YY’之間不加電壓，電子將打在熒光屏的什么位置？電子將做直線運(yùn)動，打在熒光屏上產(chǎn)生一個亮點(diǎn)（2）如果在電極XX’之間不加電壓，而在YY’之間加不變電壓，使Y的電勢比Y’高，電子將打在熒光屏的什么位置？電子沿Y方向向上偏移（3）如果在電極XX’之間不加電壓，而在YY’之間加不變電壓，使Y’的電勢比Y高，電子將打在熒光屏的什么位置？電子沿Y方向向下偏移（4）如果在電極YY’之間不加電壓，但在XX’之間加不變電壓，使X的電勢比X’高，電子將打在熒光屏的什么位置？電子沿X方向向里偏移（5）如果在電極YY’之間不加電壓，但在XX’之間加不變電壓，使X’的電勢比X高，電子將打在熒光屏的什么位置？電子沿X方向向外偏移（6）如果在電極XX’之間不加電壓，但在YY’之間加如圖所示的交變電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？0<t<t1電子沿Y方向向上偏移電子在極板間飛行的時間遠(yuǎn)小于極板電壓變化周期，電子在平行板間運(yùn)動時認(rèn)為電壓不變，一個時刻，一個電子，一個電壓，熒光屏上一個亮點(diǎn)。（7）如果在電極XX’之間不加電壓，但在YY’之間加如圖所示的交變電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？t1<t<t2電子沿Y方向向下偏移（8）如果在YY’之間加如圖所示的交變電壓，同時在XX’之間加不變電壓，使X的電勢比X’高，在熒光屏上會看到什么圖形？0<t<t1電子沿Y方向向上偏，沿X方向向里偏（9）如果在YY’之間加如圖所示的交變電壓，同時在XX’之間加不變電壓，使X的電勢比X’高，在熒光屏上會看到什么圖形？t1<t<t2電子沿Y方向向下偏，沿X方向向里偏（10）如果在YY’之間加如圖所示的交變電壓，同時在XX’之間加不變電壓，使X’的電勢比X高，在熒光屏上會看到什么圖形？電子沿Y方向向上向下偏，沿X方向向外偏（11）如果在YY’之間加如圖所示的交變電壓，同時在XX’之間加鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？XYOABCDEFABCDEFABOCt1DEFt2（12）如果信號電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號電壓的周期相同，就可以在熒光屏上得到待測信號在一個周期內(nèi)隨時間變化的穩(wěn)定圖象電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YY’XX’YY’XX’UXt練習(xí).如圖所示的示