帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)8

1.9帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)引言物體的初速度和受的合外力決定了物體的運(yùn)動(dòng)情況。帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，常見(jiàn)的有加速、減速、偏轉(zhuǎn)、圓周運(yùn)動(dòng)等。規(guī)律同力學(xué)。和過(guò)去學(xué)過(guò)的力學(xué)來(lái)比，在受力分析時(shí)要增加電場(chǎng)力分析。電學(xué)搭臺(tái)力學(xué)唱戲帶電粒子在電場(chǎng)中要受到哪些力的作用?通常要受到重力和電場(chǎng)力1、一個(gè)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(chǎng)中時(shí):受到的重力G為多大？受到的電場(chǎng)力F為多大？F/G=？你會(huì)發(fā)現(xiàn)什么？G=mg=9×10-30NF/G=1×1015F=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(chǎng)力，重力可以忽略（有說(shuō)明或暗示除外）。注意：忽略粒子的重力并不是忽略粒子的質(zhì)量3、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)判定電場(chǎng)中的帶電體一般可分為兩類：1、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和電場(chǎng)力相比要小得多，除非有說(shuō)明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。2、帶電微粒：如帶電小球、液滴、油滴、塵埃等。除非有說(shuō)明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。

帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況

1.平衡

2.加速或減速

3.偏轉(zhuǎn)一、帶電粒子的平衡若帶電粒子在電場(chǎng)中所受合力為零時(shí)，即∑F＝0時(shí)，粒子將保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2、帶電粒子在電場(chǎng)中處于靜止?fàn)顟B(tài)，該粒子帶正電還是負(fù)電?+++++++-------Eqmg分析：帶電粒子處于靜止?fàn)顟B(tài)，∑F＝0，Eq=mg，因?yàn)樗苤亓ωQ直向下，所以所受電場(chǎng)力必為豎直向上。又因?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)方向豎直向下，所以帶電體帶負(fù)電。二、帶電粒子的加速或減速

若∑F≠0（只受電場(chǎng)力）且與初速度方向在同一直線上，帶電粒子將做加速或減速直線運(yùn)動(dòng)。(變速直線運(yùn)動(dòng))以帶電粒子的加速為例來(lái)說(shuō)明如圖所示，在真空中有一對(duì)平行金屬板，兩板間加以電壓U。兩板間有一帶正電荷q的帶電粒子。它在電場(chǎng)力的作用下，由靜止開(kāi)始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng)，到達(dá)負(fù)板時(shí)的速度有多大？(不考慮粒子的重力）qUm+_帶電粒子的加速d帶電粒子的加速++++++++________UUE加速勻速勻速+qmV0V=?qUm+_帶電粒子的加速d1、受力分析:

水平向右的電場(chǎng)力

F＝Eq=qU/dF2、運(yùn)動(dòng)分析:初速度為零，加速度為a=qU/md的向右勻加速直線運(yùn)動(dòng)。解法一運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解解法二運(yùn)用能量知識(shí)求解思考題如兩極板間不是勻強(qiáng)電場(chǎng)該用何種方法求解？為什么？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)，第二種方法仍適用！解:根據(jù)動(dòng)能定理得:3.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(shí)的速度有多大？設(shè)電子剛離開(kāi)金屬絲時(shí)的速度為零。

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)能減少量為eU.減少的電勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能:解：4、下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為U的電場(chǎng)加速后，

哪種粒子動(dòng)能最大（）哪種粒子速度最大（）

A、質(zhì)子B、電子

C、氘核D、氦核

例與練與電量成正比與比荷平方根成正比DB三、帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)ld+-------++++++++Uv0q、m1.q的受力怎樣?－q的受力又怎樣?2.水平方向和豎直方向的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)怎樣?3.與學(xué)過(guò)的哪種運(yùn)動(dòng)形式類似?三、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)平行電場(chǎng)方向:做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)垂直電場(chǎng)方向:做勻速直線運(yùn)動(dòng)帶電粒子沿垂直電場(chǎng)的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng),做類平拋運(yùn)動(dòng)1、運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)：ld+-----------+++++++++Uv0q、mF+vv0vyyθ偏轉(zhuǎn)角側(cè)移兩類關(guān)系：位移關(guān)系與速度關(guān)系θx2、分析類平拋運(yùn)動(dòng)垂直電場(chǎng)方向:平行電場(chǎng)方向:偏移距離偏轉(zhuǎn)角3、推論⑴：帶電粒子垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，離開(kāi)電場(chǎng)時(shí),粒子好象是從入射線中點(diǎn)直接射出來(lái)的。

例與練θx推論⑵：例與練θxα5、質(zhì)子(質(zhì)量為m、電量為e)和二價(jià)氦離子(質(zhì)量為4m、電量為2e)以相同的初動(dòng)能垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中，離開(kāi)電場(chǎng)后，它們的偏轉(zhuǎn)角正切之比為

，側(cè)移之比為

。

例與練與電量成正比與電量成正比1:21:26、三個(gè)電子在同一地點(diǎn)同時(shí)沿同一直線垂直飛入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)。則由此可判斷（）

A、b和c同時(shí)飛離電場(chǎng)

B、在b飛離電場(chǎng)的瞬間，a剛好打在下極板上

C、進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)，c速度最大，a速度最小

D、c的動(dòng)能增量最小，a和b的動(dòng)能增量一樣大

例與練BCD一個(gè)電荷量為-q質(zhì)量為m的帶電粒子，由靜止進(jìn)入一個(gè)電壓為U1的加速電場(chǎng)加速后，又垂直進(jìn)入一個(gè)電壓為U2的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后打在熒光屏上,整個(gè)裝置如圖示.(不計(jì)粒子的重力).求:(1)出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的偏移距離y；(2)出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角；(3)打在熒光屏上時(shí)的偏移距離Y.v0++++++------U2dlvyθvy_+U1-qmv0OYLθ三、帶電粒子的先加速再偏轉(zhuǎn)后勻速v0++++++------U2dlvyθvy_+U1-qmv0OYL經(jīng)加速電場(chǎng)U1加速后:經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)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=dUlU122θ7、如圖，電子在電勢(shì)差為U1的加速電場(chǎng)中由靜止開(kāi)始加速，然后射入電勢(shì)差為U2的兩塊平行極板間的電場(chǎng)中，入射方向跟極板平行。整個(gè)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變小例與練dUlU122=B

8、如圖所示，二價(jià)氦離子和質(zhì)子的混合體，經(jīng)同一加速電場(chǎng)加速后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)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(wú)關(guān).只要電性相同的帶電粒子,在電場(chǎng)中留下的軌跡相同,所以無(wú)法將電性相同的粒子分開(kāi).例與練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(hào)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(wèn)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(dòng)，打在熒光屏上產(chǎn)生一個(gè)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(shì)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(shì)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(shì)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(shì)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(huì)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(shí)間遠(yuǎn)小于極板電壓變化周期，電子在平行板間運(yùn)動(dòng)時(shí)認(rèn)為電壓不變，一個(gè)時(shí)刻，一個(gè)電子，一個(gè)電壓，熒光屏上一個(gè)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(huì)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(shí)在XX’之間加不變電壓，使X的電勢(shì)比X’高，在熒光屏上會(huì)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(shí)在XX’之間加不變電壓，使X的電勢(shì)比X’高，在熒光屏上會(huì)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(shí)在XX’之間加不變電壓，使X’的電勢(shì)比X高，在熒光屏上會(huì)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(shí)在XX’之間加鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？XYOABCDEFABCDEFABOCt1DEFt212、如果信號(hào)電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號(hào)電壓的周期相同，就可以在熒光屏上得到待測(cè)信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定圖象電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YY’XX’YY’XX’UXt15、如圖所示的示波管，如果在YY’之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在XX’之間加如圖所示的鋸齒形電壓，使X的電勢(shì)比X’高，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？例與練UxtOt1t215、如圖所示的示波管，如果在YY’之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在