第九節(jié)帶電粒子在電場中的運動.ppt

1、帶電粒子在電場中的運動,一、帶電粒子的重力是否忽略,（1）基本粒子：,如：質(zhì)子、電子、粒子、離子等除有特別說明外，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，小球等除有說明或明確的暗示外，一般不能忽略重力。,物體在恒力作用下可能做什么運動？舉例說明。,想一想,（1）勻變速直線運動： 如自由落體運動，豎直上拋運動,勻變速曲線運動： 如平拋運動，斜拋運動,想 一 想?,帶電粒子處于勻強電場中時，在只受電場力作用下，會出現(xiàn)哪些運動情形?,會不會處于靜止?fàn)顟B(tài)?,是勻速運動還是變速運動?,是否一定是勻變速運動?為什么?,是直線運動,還是曲線運動?,帶電粒子處于勻強電場中時既可能做

2、直線運動,又可能做曲線運動,但都是勻變速運動,二、帶電粒子在勻強電場的加速,結(jié)論,在勻強電場中，讓帶電粒子的速度方向和所受電場力的方向_或者初速度為零，粒子就會在電場力作用下做_,相同,加速直線運動,算 算,如圖所示，在真空中有一對平行金屬板，兩板間加以電壓U。兩板間有一帶正電荷q的帶電粒子。它在電場力的作用下，由靜止開始從正極板向負極板運動，到達負板時的速度有多大？(不考慮粒子的重力）,二、帶電粒子在勻強電場的加速,1、受力分析:,水平向右的電場力 FEq=qU/d,2、運動分析:,初速度為零，加速度為a=qU/md的向右勻加速直線運動。,解法一運用運動學(xué)知識求解,解法二運用能量知識求解,若

3、初速度不為0呢？,思考題,如果兩極板間不是勻強電場該用何種方法求解？為什么？,由于電場力做功與場強是否勻強無關(guān)，與運動路徑也無關(guān)，第二種方法仍適用！,所以,三、帶電粒子的偏轉(zhuǎn),如圖帶電粒子以初速度V0垂直電場線射入勻強電場中(粒子電性為負)不計重力,粒子將如何運動?,將做曲線運動,問題1 我們通常是采用什么方法來研究曲線運動？,問題2 將這個曲線運動向哪兩個方向分解？分別是什么分運動？,垂直電場方向做勻速直線運動,平行電場方向做初速為零的勻加速直線運動,類 似 于 平 拋 運 動,應(yīng)用運動的合成和分解知識進行處理,三、帶電粒子的偏轉(zhuǎn),1、受力分析：粒子受到豎直向下的電場力FEq=qU/d。,2

4、、運動規(guī)律分析:粒子作類平拋運動。,x方向：勻速直線運動 Y方向：加速度為 的 勻加速直線運動。,3、x方向,4、y方向,5、離開電場時的偏轉(zhuǎn)角度的正切：,例題1.試證明：帶電粒子垂直進入偏轉(zhuǎn)電場，離開電場時就好象是從初速度所在直線的中點沿直線離開電場的。,x,帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)相關(guān)公式的思考,側(cè)移：,不要死記公式，要清楚物理過程。根據(jù)不同的已知條件，改用不同的表達形式（已知初速度、初動能或加速電壓等）。,偏角：,注意到 ,說明穿出時刻的末速度的反向延長線與初速度延長線交點恰好在水平位移的中點。這一點和平拋運動的結(jié)論相同。,穿越電場過程的動能增量： Ek=Eqy （注意，一般來說不等于

5、qU）,讓一價氫離子、一價氦離子和二價氦離子的混合物由靜止開始經(jīng)過同一加速電場加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場里偏轉(zhuǎn)，它們是否會分為三股？請說明理由。,課后習(xí)題思考：,比較離子在偏轉(zhuǎn)電場的側(cè)移距離y,如果 y互不相同,如果 y 相同,會分為三股,不會分為三股,比較離子是否以相同偏角 射出,如果互不相同,會分為三股,如果 相同,不會分為三股,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,讓一價氫離子、一價氦離子和二價氦離子的混合物由靜止開始經(jīng)過同一加速電場加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場里偏轉(zhuǎn)，它們是否會分為三股？請說明理由。,課后習(xí)題思考：,答案：不會分為三股。,課堂小結(jié)：,一、利用電場使帶電粒子

6、加速,二、利用電場使帶電粒子偏轉(zhuǎn),從動力學(xué)和運動學(xué)角度分析,從做功和能量的角度分析,類似平拋運動的分析方法,粒子在與電場垂直的方向上做 勻速直線運動,粒子在與電場平行的方向上做 初速度為零的勻加速運動,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的液滴由靜止開始自由落下，若要使液滴不落在B板上，兩板間場強至少為多大？兩板間的電壓U至少為多大？,例與練,mg,mg,qE,對全過程由動能定理：,2.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

7、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,3.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)移相同 B、偏轉(zhuǎn)角相同 C、到達屏上同一點 D、到達屏上不同點,例與練,與粒子的電量q、質(zhì)量m無關(guān),ABC,4.初速度為2107m/s的電子沿平行金屬板間的中心線射入板中，板長為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

8、電子的質(zhì)量為910-31Kg，電量為1.610-19C，不計電子重力，求：要使所有的電子都能離開電場，圖中電壓的最大值U0需滿足什么,可認為在t時間內(nèi)電場不變,設(shè)電子在兩板間的運動時間為t,設(shè)電子在偏轉(zhuǎn)電壓為U0時進入板間,析與解,5.如圖，水平放置的兩平行金屬板，板長為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（熒光屏中點在兩板中垂線上）。 電子飛入兩板前所經(jīng)歷的加速電場的電壓多大？ 為了使電子能射至熒光屏上，求圖中D應(yīng)滿足的條件？ 為了使電子能射至熒光屏上，求偏轉(zhuǎn)電壓UAB的范圍？,解：設(shè)加速電壓為U1，則,電子的最大偏移量

9、為d/2,O,得：,A,B,電子達到熒光屏邊緣 ，對應(yīng)的偏轉(zhuǎn)電壓最大。,示波器的原理,示波器是一種用來觀察電信號隨時間變化的電子儀器。,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,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,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,示波器

10、原理,一維偏轉(zhuǎn),每一個電子,每個電子在電場中運動時間很短,不同時刻進入電場的電子,可認為在電壓不變的勻強電場中偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)電壓不同.,若只在YY 間加持續(xù)變化的信號電壓呢?,屏上亮斑位置不同.即出現(xiàn)在Y軸的亮線,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，在熒光屏上會看到什么圖形？,0tt1電子沿Y方向向上偏移,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，在熒光屏上會看到什么圖形？,t1tt2電子沿Y方向向下偏移,三、示波管的原理,3.如果在YY之間加如圖所示的交變電壓，同時在XX之間加不變電壓，使X的電勢比X高，在

11、熒光屏上會看到什么圖形？,0tt1電子沿Y方向向上偏，沿X方向向里偏,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？,o-t2電子沿Y方向向上向下偏，沿X方向向外偏,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。,若只在XX 間加持續(xù)變化的信號電壓呢?,勻速的、持續(xù)的掃描形成穩(wěn)定且水平的亮線,怎樣在熒光屏上顯示信號電壓的正弦波形？,三、示波管的原理,4.如果在YY之間加如圖所示的交變電壓，同時在XX之間加鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？,X,Y,O,A,B,C,D,E,F,A,B,C,D,E,F,A,B,O,C