1.9《带电粒子在电场中的运动》.pptx

,六合实验高中,带电粒子在电场中的运动,带电粒子在电场中的运动,1/43,教学目标,知识与能力：,1,了解带电粒子在电场中运动,只受电场力，带电粒子做匀变速运动。,2,重点掌握初速度与场强方向垂直带电粒子在电场中运动,(,类平抛运动,),。,3,知道示波管主要结构和工作原理。,4,渗透物理学方法教育：利用理想化方法，突出主要原因，忽略次要原因，不计粒子重力。,5,培养综合分析问题能力，体会物理知识实际应用。,教学重点,:,带电粒子在电场中加速和偏转规律,教学难点,:,带电粒子在电场中偏转问题及应,用。,2/43,、动力学方法：,一、带电粒子在电场中加速,A,B,U,d,E,+,F,v,由牛顿第二定律：,由运动学公式：,初速度,不为零,呢？,只适合用于,匀强电场,3/43,2,、动能定理：,A,B,U,d,E,+,v,由动能定理：,也适合用于,非匀强电场,一、带电粒子在电场中加速,4/43,1,、,以下粒子由静止经加速电压为,U,电场加速后，哪种粒子动能最大（）,哪种粒子速度最大（）,A,、质子,B,、电子,C,、氘核,D,、氦核,例与练,与,电量,成正比,与,比荷平方根,成正比,5/43,2,、,如图所表示，,M,、,N,是在真空中竖直放置两块平行金属板，质量为,m,、电量为,+q,带电粒子，以极小初速度由小孔进入电场，当,M,、,N,间电压为,U,时，粒子抵达,N,板速度为,v,，假如要使这个带电粒子抵达,N,板速度为,2,v,，则下述方法能满足要求是（）,A,、使,M,、,N,间电压增加为,2U B,、使,M,、,N,间电压增加为,4U C,、使,M,、,N,间电压不变，距离减半,D,、使,M,、,N,间电压不变，距离加倍,例与练,M,N,U,d,+,v,与,电压平方根,成正比,6/43,3,、,如图,M,、,N,是在真空中竖直放置两块平行金属板，质量为,m,电量为,-q,带电粒子，以初速度,V,0,由小孔进入电场，当,M,、,N,间电压为,U,时，粒子刚好能抵达,N,板，假如要使这个带电粒子能够抵达,M,、,N,两板间距,1/2,处返回，则下述方法能满足要求是（）,A,、使初速度减半,B,、使,M,、,N,间电压加倍,C,、使,M,、,N,间电压提升,4,倍,D,、使初速度和,M,、,N,间电压都加倍,例与练,M,N,U,d,-,v,0,7/43,4,、,如图所表示电场中有,A,、,B,两点，,A,、,B,电势差,U,AB,100V,，一个质量为,m=,2.010,-12,kg,、,电量为,q=,-5.010,-8,C,带电粒子，以初速度,v,0,=,3.010,3,m/s,由,A,点运动到,B,点，求粒子抵达,B,点时速率。（不计粒子重力）,例与练,A,-,v,0,B,q,为,负,8/43,5,、,如图所表示，,A,、,B,为平行金属板电容器，两板间距离为,d,，在,A,板缺口正上方距离为,h,P,处，有一静止、质量为,m,、带电量为,+q,液滴由静止开始自由落下，若要使液滴不落在,B,板上，两板间场强最少为多大？两板间电压,U,最少为多大？,例与练,mg,mg,qE,对全过程由动能定理：,9/43,二、带电粒子在匀强电场中偏转,l,d,+,-,+,U,v,0,q,、,m,10/43,二、带电粒子在匀强电场中偏转,l,d,+,-,+,U,v,0,q,、,m,F,+,v,v,0,v,y,y,偏转角,侧移,11/43,二、带电粒子在匀强电场中偏转,类平抛运动,与粒子比荷,q/m,成正比,与粒子初速度,v,0,平方成反比,与电场属性,U,、,l,、,d,相关,12/43,二、带电粒子在匀强电场中偏转,与粒子比荷,q/m,成正比,与粒子初速度,v,0,平方成反比,与电场属性,U,、,l,、,d,相关,类平抛运动,13/43,6,、,质量为,m,、带电量为,q,粒子以初速度,v,从中线垂直进入偏转电场，刚好离开电场，它在离开电场后偏转角正切为,0.5,，则以下说法中正确是（）,A,、假如偏转电场电压为原来二分之一，则粒子离开电场后偏转角正切为,0.25,B,、假如带电粒子比荷为原来二分之一，则粒子离开电场后偏转角正切为,0.25,C,、假如带电粒子初速度为原来,2,倍，则粒子离开电场后偏转角正切为,0.25,D,、假如带电粒子初动能为原来,2,倍，则粒子离开电场后偏转角正切为,0.25,例与练,偏转角正切与,比荷成正比,偏转角正切与,初动能成反比,偏转角正切与,电压成正比,14/43,7,、质子,(,质量为,m,、电量为,e),和二价氦离子,(,质量为,4m,、电量为,2e),以相同,初动能,垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们偏转角正切之比为,，侧移之比为,。,例与练,与,电量,成正比,与,电量,成正比,15/43,8,、三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞入偏转电场，如图所表示。则由此可判断（）,A,、,b,和,c,同时飞离电场,B,、在,b,飞离电场瞬间，,a,刚好打在下极板上,C,、进入电场时，,c,速度最大，,a,速度最小,D,、,c,动能增量最小，,a,和,b,动能增量一样大,例与练,16/43,析与解,17/43,9,、,如图，电子在电势差为,U,1,加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为,U,2,两块平行极板间电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处于真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区条件下，下述四种情况中，一定能使电子偏转角,变大是,（）,A,、,U,1,变大、,U,2,变大,B,、,U,1,变小、,U,2,变大,C,、,U,1,变大、,U,2,变小,D,、,U,1,变小、,U,2,变小,例与练,18/43,析与解,对加速过程由动能定理：,对偏转过程由偏转角正切公式：,与粒子,电量,q,、质量,m,无关,19/43,10,、如图所表示，二价氦离子和质子混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同一荧光屏上，则它们（）,A,、侧移相同,B,、偏转角相同,C,、抵达屏上同一点,D,、抵达屏上不一样点,例与练,与粒子,电量,q,、质量,m,无关,20/43,11,、试证实：带电粒子垂直进入偏转电场，离开电场时就好象是从初速度所在直线,中点沿直线,离开电场。,例与练,x,21/43,12,、如图所表示，有一电子,(,电量为,e,、质量为,m),经电压,U,0,加速后，沿平行金属板,A,、,B,中心线进入两板，,A,、,B,板间距为,d,、长度为,L,，,A,、,B,板间电压为,U,，屏,CD,足够大，距离,A,、,B,板右边缘,2L,，,AB,板中心线过屏,CD,中心且与屏,CD,垂直。试求电子束打在屏上位置到屏中心间距离。,例与练,22/43,析与解,电子离开电场，就好象从中点沿直线离开：,对加速过程由动能定理：,23/43,13,、,质量为,110,-25,kg,、电量为,110,-16,C,带电粒子以,210,6,m/s,速度从水平放置平行金属板,A,、,B,中央沿水平方向飞入板间，如图所表示。已知板长,L,10cm,，间距,d,2cm,，当,AB,间电压在,范围内时，此带电粒子能从板间飞出。,例与练,v,0,+,-,24/43,v,0,+,-,析与解,对偏转过程由偏转角正切公式：,或对偏转过程由侧移公式：,25/43,14,、初速度为,210,7,m/s,电子沿平行金属板间中心线射入板中，板长为,30cm,，相距为,4cm,，在两板间加上如图所表示,正弦交变电压,。已知电子质量为,9,10,-31,Kg,，电量为,1.6,10,-19,C,，不计电子重力，求：要使全部电子都能离开电场，图中电压最大值,U,0,需满足什么条件？,例与练,26/43,可认为在,t,时间内,电场,不变,设电子在两板间运动时间为,t,设电子在偏转电压为,U,0,时进入板间,析与解,27/43,带电粒子在,交变电场,中运动,在两个相互平行金属板间加,交变电压,时，在两板间便可取得,交变电场,。这类电场从空间看是匀强电场，即同一时刻，电场中各个位置处电场强度大小、方向都相同；从时间上看是改变，即电场强度大小、方向都可随时间改变。,研究带电粒子在这种交变电场中运动，关键是依据电场改变特点，正确地判断粒子运动情况。,当带电粒子经过电场时间远远小于电场改变周期时，可认为电场强度大小、方向都不变。,小 结,28/43,三、示波管原理,产生,高速,飞行,电子束,待显示,电压信号,锯齿形,扫描电压,使电子沿,Y,方向,偏移,使电子沿,x,方向,偏移,29/43,三、示波管原理,1,、假如在电极,XX,之间不加电压，而在,YY,之间加,不变电压,，使,Y,电势比,Y,高，电子将打在荧光屏什么位置？,电子沿,Y,方向,向上,偏移,30/43,三、示波管原理,1,、假如在电极,XX,之间不加电压，而在,YY,之间加,不变电压,，使,Y,电势比,Y,高，电子将打在荧光屏什么位置？,电子沿,Y,方向,向下,偏移,31/43,三、示波管原理,1,、假如在电极,XX,之间不加电压，但在,YY,之间加,不变电压,，使,Y,电势比,Y,高，电子将打在荧光屏什么位置？,假如在电极,YY,之间不加电压，但在,XX,之间加,不变电压,，使,X,电势比,X,高，电子将打在荧光屏什么位置？,电子沿,X,方向,向里,偏移,32/43,三、示波管原理,1,、假如在电极,XX,之间不加电压，但在,YY,之间加,不变电压,，使,Y,电势比,Y,高，电子将打在荧光屏什么位置？,假如在电极,YY,之间不加电压，但在,XX,之间加,不变电压,，使,X,电势比,X,高，电子将打在荧光屏什么位置？,电子沿,X,方向,向外,偏移,33/43,三、示波管原理,2,、假如在电极,XX,之间不加电压，但在,YY,之间加如图所表示,交变电压,，在荧光屏上会看到什么图形？,0tt,1,电子沿,Y,方向,向上,偏移,34/43,三、示波管原理,2,、假如在电极,XX,之间不加电压，但在,YY,之间加如图所表示,交变电压,，在荧光屏上会看到什么图形？,t,1,tt,2,电子沿,Y,方向,向下,偏移,35/43,三、示波管原理,3,、假如在,YY,之间加如图所表示,交变电压,，同时在,XX,之间加,不变电压,，使,X,电势比,X,高,，,在荧光屏上会看到什么图形？,0tt,1,电子沿,Y,方向,向上,偏，沿,X,方向,向里,偏,36/43,三、示波管原理,3,、假如在,YY,之间加如图所表示,交变电压,，同时在,XX,之间加,不变电压,，使,X,电势比,X,高，在荧光屏上会看到什么图形？,t,1,tt,2,电子沿,Y,方向,向下,偏，沿,X,方向,向里,偏,37/43,三、示波管原理,3,、假如在,YY,之间加如图所表示,交变电压,，同时在,XX,之间加,不变电压,，使,X,电势比,X,高，在荧光屏上会看到什么图形？,电子沿,Y,方向,向上向下,偏，沿,X,方向,向外,偏,38/43,三、示波管原理,4,、假如在,YY,之间加如图所表示,交变电压,，同时在,XX,之间加,锯齿形扫描电压,，在荧光屏上会看到什么图形？,X,Y,O,A,B,C,D,E,F,A,B,C,D,E,F,A,B,O,C,t,1,D,E,F,t,2,39/43,15,、如图所表示示波管，假如在,YY,之间加如图所表示,交变电压,，同时在,XX,之间加如图所表示,锯齿形电压,，使,X,电势比,X,高，在荧光屏上会看到什么图形？,例与练,U,x,t,O,t,1,t,2,40/43,15,、如图所表示示波管，假如在,YY,之间加如图所表示,交变电压,，同时在,XX,之间加如图所表示,锯齿形电压,，使,X,电势比,X,高，在荧光屏上会看到什么图形？,例与练,U,x,t,O,t,1,t,2,X,Y,O,0tt,1,t,1,tt,2,41/43,16,、真空室中电极,K,发出电子（初速不计），经过电压为,U,1,加速电场后，由小孔,S,沿水平金属板,A,、,B,间中心线射入板中，板长,L,，相距为,d,，在两板间加上如图乙所表示正弦交变电压，前半个周期内,B,板电势高于,A,板电势，已知电子质量为,m,，带电量为,e,，不计电子重力，求：,（,1,）电子进入,AB,板时初速度；,（,2,）要使全部电子都能离开,AB,板，图乙中电压最大值,U,0,需满足什么条件？,（,3,）在荧光屏上,会看到什么图形？,例与练,42/43,设电子进入,AB,板时初速度为,v,0,设电子在偏转电压为,U,0,时进入,AB,板间,析与解,43/43,