第九節(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

第九節(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第1頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、帶電粒子的重力是否忽略（1）基本粒子：如：質(zhì)子、電子、α粒子、離子等除有特別說(shuō)明外，否則不予考慮重力即忽略重力。（2）帶電顆粒：如油滴，液滴，塵埃，小球等除有說(shuō)明或明確的暗示外，一般不能忽略重力。第2頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月物體在恒力作用下可能做什么運(yùn)動(dòng)？舉例說(shuō)明。想一想（1）勻變速直線運(yùn)動(dòng)：

如自由落體運(yùn)動(dòng)，豎直上拋運(yùn)動(dòng)勻變速曲線運(yùn)動(dòng)：

如平拋運(yùn)動(dòng)，斜拋運(yùn)動(dòng)第3頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月想一想?帶電粒子處于勻強(qiáng)電場(chǎng)中時(shí)，在只受電場(chǎng)力作用下，會(huì)出現(xiàn)哪些運(yùn)動(dòng)情形?E會(huì)不會(huì)處于靜止?fàn)顟B(tài)?是勻速運(yùn)動(dòng)還是變速運(yùn)動(dòng)?是否一定是勻變速運(yùn)動(dòng)?為什么?是直線運(yùn)動(dòng),還是曲線運(yùn)動(dòng)?帶電粒子處于勻強(qiáng)電場(chǎng)中時(shí)既可能做直線運(yùn)動(dòng),又可能做曲線運(yùn)動(dòng),但都是勻變速運(yùn)動(dòng)第4頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)的加速探究若使帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中被加速但方向不變，應(yīng)滿足什么條件?qUm+_帶電粒子的加速d結(jié)論在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，讓帶電粒子的速度方向和所受電場(chǎng)力的方向_____或者初速度為零，粒子就會(huì)在電場(chǎng)力作用下做__________

相同加速直線運(yùn)動(dòng)第5頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月算算如圖所示，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二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)的加速第6頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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)求解若初速度不為0呢？第7頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思考題

如果兩極板間不是勻強(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！第8頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月所以第9頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第10頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)UL++++++------Y

dY′

v0q如圖帶電粒子以初速度V0垂直電場(chǎng)線射入勻強(qiáng)電場(chǎng)中(粒子電性為負(fù))不計(jì)重力,粒子將如何運(yùn)動(dòng)?將做曲線運(yùn)動(dòng)第11頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月問(wèn)題1我們通常是采用什么方法來(lái)研究曲線運(yùn)動(dòng)？問(wèn)題2將這個(gè)曲線運(yùn)動(dòng)向哪兩個(gè)方向分解？分別是什么分運(yùn)動(dòng)？垂直電場(chǎng)方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)平行電場(chǎng)方向做初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)類似于平拋運(yùn)動(dòng)應(yīng)用運(yùn)動(dòng)的合成和分解知識(shí)進(jìn)行處理第12頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)UL++++++------Y

dY′

如圖所示，在真空中水平放置一對(duì)長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬板Y和Y’，板間距離為d。在兩板間加以電壓U，一電荷量為q質(zhì)量為m的帶正電粒子從極板中央以水平速度v0射入電場(chǎng)。試分析帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況。(不計(jì)粒子的重力)v0q第13頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、受力分析：粒子受到豎直向下的電場(chǎng)力F＝Eq=qU/d。2、運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析:粒子作類平拋運(yùn)動(dòng)。v++++++------v0Y

dUY′

qLx方向：勻速直線運(yùn)動(dòng)Y方向：加速度為

的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。y

v0vy

vv0vyΦ

3、x方向

4、y方向

5、離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度的正切：F第14頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

例題1.試證明：帶電粒子垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)就好象是從初速度所在直線的中點(diǎn)沿直線離開(kāi)電場(chǎng)的。

θx第15頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)相關(guān)公式的思考⑴側(cè)移：Lv0m，qθv0vyUdyvtθ不要死記公式，要清楚物理過(guò)程。根據(jù)不同的已知條件，改用不同的表達(dá)形式（已知初速度、初動(dòng)能或加速電壓等）。⑵偏角：注意到

,說(shuō)明穿出時(shí)刻的末速度的反向延長(zhǎng)線與初速度延長(zhǎng)線交點(diǎn)恰好在水平位移的中點(diǎn)。這一點(diǎn)和平拋運(yùn)動(dòng)的結(jié)論相同。⑶穿越電場(chǎng)過(guò)程的動(dòng)能增量：ΔEk=Eqy（注意，一般來(lái)說(shuō)不等于qU）第16頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物由靜止開(kāi)始經(jīng)過(guò)同一加速電場(chǎng)加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)里偏轉(zhuǎn)，它們是否會(huì)分為三股？請(qǐng)說(shuō)明理由。課后習(xí)題思考：第17頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月比較離子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的側(cè)移距離y如果y互不相同如果y相同會(huì)分為三股不會(huì)分為三股比較離子是否以相同偏角φ射出如果φ互不相同會(huì)分為三股如果φ相同不會(huì)分為三股第18頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)偏轉(zhuǎn)距離，偏轉(zhuǎn)角度，由加速電壓和偏轉(zhuǎn)電壓共同決定第19頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物由靜止開(kāi)始經(jīng)過(guò)同一加速電場(chǎng)加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)里偏轉(zhuǎn)，它們是否會(huì)分為三股？請(qǐng)說(shuō)明理由。課后習(xí)題思考：答案：不會(huì)分為三股。第20頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月課堂小結(jié)：一、利用電場(chǎng)使帶電粒子加速二、利用電場(chǎng)使帶電粒子偏轉(zhuǎn)從動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析從做功和能量的角度分析類似平拋運(yùn)動(dòng)的分析方法粒子在與電場(chǎng)垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)粒子在與電場(chǎng)平行的方向上做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)

第21頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、如圖所示，A、B為平行金屬板電容器，兩板間的距離為d，在A板的缺口的正上方距離為h的P處，有一質(zhì)量為m、帶電量為+q的液滴由靜止開(kāi)始自由落下，若要使液滴不落在B板上，兩板間場(chǎng)強(qiáng)至少為多大？?jī)砂彘g的電壓U至少為多大？

例與練mgmgqE對(duì)全過(guò)程由動(dòng)能定理：第22頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.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B第23頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.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)例與練與粒子的電量q、質(zhì)量m無(wú)關(guān)ABC第24頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.初速度為2×107m/s的電子沿平行金屬板間的中心線射入板中，板長(zhǎng)為30cm，相距為4cm，在兩板間加上如圖所示的正弦交變電壓。條件？已知電子的質(zhì)量為9×10-31Kg，電量為1.6×10-19C，不計(jì)電子重力，求：要使所有的電子都能離開(kāi)電場(chǎng)，圖中電壓的最大值U0需滿足什么第25頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可認(rèn)為在t時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)不變?cè)O(shè)電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t設(shè)電子在偏轉(zhuǎn)電壓為U0時(shí)進(jìn)入板間析與解第26頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.

如圖，水平放置的兩平行金屬板，板長(zhǎng)為l、板間距為d，一束電子以v0的初速度從兩板中央水平射入板間，然后從板間飛出射到距板L、寬D的熒光屏上（熒光屏中點(diǎn)在兩板中垂線上）。⑴電子飛入兩板前所經(jīng)歷的加速電場(chǎng)的電壓多大？⑵為了使電子能射至熒光屏上，求圖中D應(yīng)滿足的條件？⑶為了使電子能射至熒光屏上，求偏轉(zhuǎn)電壓UAB的范圍？Lv0lD解：⑴設(shè)加速電壓為U1，則⑵電子的最大偏移量為d/2vO得：AB⑶電子達(dá)到熒光屏邊緣，對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)電壓最大。第27頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月示波器的原理示波器是一種用來(lái)觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的電子儀器。核心部件：由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空。示波管電子槍部分：偏轉(zhuǎn)電極部分：熒光屏部分：發(fā)射出電子使電子沿兩方向偏轉(zhuǎn)電子使熒光物質(zhì)受激而發(fā)光第28頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、示波管的原理1.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方向向上偏移第29頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、示波管的原理1.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方向向下偏移第30頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月v0示波器原理u1一維偏轉(zhuǎn)u2YY`LL‵voθ

rh第31頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月每一個(gè)電子每個(gè)電子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間很短不同時(shí)刻進(jìn)入電場(chǎng)的電子可認(rèn)為在電壓不變的勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)電壓不同.若只在YY

′間加持續(xù)變化的信號(hào)電壓呢?屏上亮斑位置不同.即出現(xiàn)在Y軸的亮線第32頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、示波管的原理2.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方向向上偏移第33頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、示波管的原理2.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方向向下偏移第34頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、示波管的原理3.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方向向里偏第35頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、示波管的原理3.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？o-t2電子沿Y方向向上向下偏，沿X方向向外偏第36頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月示波器就是利用兩組正交的偏轉(zhuǎn)極板，控制電子打在熒光屏上的位置。示意圖如右：兩組偏轉(zhuǎn)電極分別控制電子在水平、豎直方向的偏轉(zhuǎn)。一般在水平偏轉(zhuǎn)電極上加掃描電壓（從左向右周期性掃描），在豎直偏轉(zhuǎn)電極上加需要研究的信號(hào)。若只在XX

′間加持續(xù)變化的信號(hào)電壓呢?勻速的、持續(xù)的掃描形成穩(wěn)定且水平的亮線Y'X'Y偏轉(zhuǎn)電極X電子槍熒光屏第37頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月怎樣在熒光屏上顯示信號(hào)電壓的正弦波形？第38頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、示波管的原理4.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？XYOABCDEFABCDEFABOCt1DEFt2第39頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月.如圖所示的示波管，如果在YY