《带电粒子在电场中运动》讲课.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.9,带电粒子在电场中的运动,学习导航,要点提示,带电粒子在匀强电场中的运动,(,一,),带电粒子的加速,(,二,),带电粒子的偏转,(,三,),示波管的原理,一、带电粒子的加速,如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加速电压为,U,，有一电量为,q,的带电粒子，它在电场力的作用下，由,静止,开始从正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？,(,不考虑粒子的重力,）,q,U,m,+,_,带电粒子的加速,d,q,U,m,+,_,带电粒子的加速,d,1,、受力分析,:,水平向右的电场力,F,Eq,=,qU/d,F,2,、运动分析,:,初速度为零，加速度为,a=,qU/md,的向右,匀加速直线运动,解法一运用运动学知识求解,解法二运用动能定理求解,如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？,由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法,仍,适用！,思考,:,若粒子的初速度为零,则,:,若粒子的初速度不为零,则,:,所以,变式一：如图所示,从灯丝逸出的电子,其速度可以认为是零,那么电子通过,A,板小孔时的动能为,eV,通过,B,板小孔时的动能为,eV,打到,C,板时的动能为,eV,O,A,B,C,45V,30V,45,45,15,加速,匀速,减速,结论：,由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的,加速,问题时，一般都是利用,动能定理,进行处理。,例题,2,：如图所示，水平放置的,A,、,B,两平行板相距,h,，,上板,A,带正电。现有质量为,m,，,带电量为,+q,的小球在,B,板下方距离为,H,处，以初速度,V,0,竖直向上从,B,板小孔进入板间电场，欲使小球刚好打到,A,板，,A,、,B,间电势差,U,AB,应为多少？,h,A,B,V,0,H,解：将动能定理用于运动全过程，由,W=,E,k,得,-,mg(H+h)-qU,AB,=0-mV,2,0,1,2,整理可得,U,AB,=,mV,2,-2g(H+h),2q,某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定,电场中的带电粒子一般可分为两类：,1,、带电的,基本粒子,：,如电子，质子，,粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比都小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。,2,、,带电微粒,：,如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。,变式二：,(,带电粒子在电场中的直线运动,),如图所示，平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度，两极板与一直流电源相连若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器，则在此过程中，该粒子,(,),A,所受重力与电场力平衡,B,电势能逐渐增加,C,动能逐渐增加,D,做匀变速直线运动,条件：,F,合,、,v,0,共线,G,F,电,F,合,v,0,90,0,，,W,电,0,E,P,，,E,k,F,合,恒力,a,不变，匀变速,BD,二、带电粒子在电场中的偏转,问题：如图所示，在真空中放置一对金属板,把两板接到电源上，于是两板间出现匀强电场，现有一个带电粒子以垂直于电场方向的速度射入电场。试分析粒子在电场中的运动情况。,l,d,+,-,+,U,v,0,q,、,m,F,+,v,v,0,v,y,y,偏转角,侧移,二、带电粒子在匀强电场中的偏转,-,+,d,F,基本关系,初速度方向,电场线方向,导出关系,侧位移,速度偏角,几个推论,M,M,是粒子沿极板方向的中点,解,:,电子进入偏转电场后,在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动,.,加速度,所以偏移距离,所以偏移角度,粒子在与电场平行的方向上做,初速为零的匀加速运动,结论：,带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强电场的问题就是一个,类平抛,的问题,粒子在与电场垂直的方向上做,匀速直线运动,如图所示，在真空中竖直放置一对金属板,x,和,x,加电压,U,1,;,水平放置一对金属板,Y,和,Y,，板间距离为,d,。加电压,U,2,，一电荷量为,-q,质量为,m,的带电粒子从,x,极板由静止出发。试分析带电粒子的运动情况。,(,不计粒子的重力,),+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,+,_,U1,U,2,-,q,m,三、加速和偏转一体,L,v,0,v,加速,偏转,三、加速和偏转一体,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,+,_,U,1,U,2,v,-,q,m,L,v,0,加速,偏转,电荷经加速电场加速后进入偏转电场,通过加速电场的末速度为进入偏转电场的初速度,例题,3,：如图所示,初速度为零的电子在电势差为,U,1,的电场中加速后,垂直进入电势差为,U,2,的偏转电场,在满足电子能射出偏转电场的条件下,下列四种情况中,一定能使电子的偏转角度变大的是,(),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,U2,变小,B,U,2,U,1,变式三：如图所示,初速度为零的,粒子和,电子在电势差为,U,1,的电场中加速后,垂直进入电势差为,U,2,的偏转电场,在满足电子能射出偏转电场的条件下,正确的说法是,(),A.,粒子的偏转量大于电子的偏转量,B.,粒子的偏转量小于电子的偏转量,C.,粒子的偏转角大于电子的偏转角,D.,粒子的偏转角等于电子的偏转角,D,U,2,U,1,带电粒子的偏移量由系统决定,而与粒子的质量、电荷量无关,课堂小结：,一、利用电场使带电粒子加速,二、,利用电场使带电粒子偏转,从动力学和运动学角度分析,从做功和能量的角度分析,类似平抛运动,的分析方法,粒子在与电场垂直的方向上做,匀速直线运动,粒子在与电场平行的方向上做,初速度为零的匀加速运动,三：示波器的原理,示波器是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。,核心部件：,由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。,示波管,电子枪部分：,偏转电极部分：,荧光屏部分：,发射出电子,使电子沿两方向偏转,电子使,荧光物质,受激而发光,一、示波管的构成,产生,高速,飞行的,电子束,使电子沿,Y,方向,偏移,使电子沿,x,方向,偏移,二、示波管的原理（,不变,电压）,电子沿,Y,方向,向上,偏移,1,、若,U,X,=0,，,U,y,不变,，且,U,y,0(,即使,Y,的电势比,Y,高,),，电子将打在荧光屏的什么位置？,二、示波管的原理,、若,U,X,=0 V,，,U,y,不变,，且,y,0V(,即使,X,的电势比,X,高,),，电子将打在荧光屏的什么位置？,电子沿,X,方向,向里,偏移,二、示波管的原理,4,、,若,U,y,=0 V;,U,x,不变,，且,x,0V(,即使,X,的电势比,X,低,),，电子将打在荧光屏的什么位置？,电子沿,X,方向,向外,偏移,如果在,YY,之间加如图所示的,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,课堂小结：,一、利用电场使带电粒子加速,二利用电场使带电粒子偏转,从动力学和运动学角度分析,从做功和能量的角度分析,类似平抛运动,的分析方法,粒子在与电场垂直的方向上做,匀速直线运动,粒子在与电场平行的方向上做,初速度为零的匀加速运动,三、示波管的原理（变化电压）,演示,电子在两极板间的偏移量和什么有关,?,信号电压,示波管的,YY,偏转电极上加的是待显示的信号电压,扫描电压,示波管的,XX,偏转电极通常接入仪器自身产生的锯齿波电压,Y,Y,X,X,-,+,-,-,+,-,若金属平行板水平放置,电子将在竖直方向发生偏转,若金属平行板竖直放置,电子将在水平方向发生偏转,偏转电极的不同放置方式,四、示波器,1,、作用,：观察电信号随时间变化的情况,2,、组成,：示波管（内部是真空的）、电子枪、偏转电极和荧光屏组成。,电子枪,偏转电极,-,+,荧光屏,Y,Y,X,X,Y,Y,X,X,3,、构造,电子枪,偏转电极,-,+,荧光屏,Y,Y,X,X,Y,Y,X,X,（,1,）电子枪：发射并加速电子,（,2,）偏转电极：,YY,使电子束竖直偏转；,XX,使电子束水平偏转,（,3,）荧光屏：电子束打到荧光屏上能使该处的荧光物质发光。,如果在,XX,之间不加电压,而在,YY,之间所加的电压按图所示的规律随时间变化，在荧光屏会看到什么图形？,Y,Y,X,y,随信号电压同步变化，但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，只能看到一条,竖直的亮线,X,示波器图象,U,X,t,扫描电压,（）,的作用：同理可得亮斑在水平方向偏移随加在,上的电压而变化，若所加的电压为特定的周期性变化电压则亮斑在水平方向来回运动扫描，如果扫描电压变化很快，亮斑看起来为一条,水平的亮线,示波器图象,Y,Y,X,X,如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象,X,Y,Y,X,U,X,t,示波器图象,作业,1,、,P,39,问题与练习,1,、,4,、,5,2,、总结带电粒子在匀强电场中的运动性质（不计重力）,让质子、的混合物沿着与电场垂直的方向进入匀强电场偏转，要使它们的偏转角相同，则这些粒子必须具有相同的,(),A.,初速度,B.,初动能,C.,初动量,D.,质量,B,三个,粒子在同一地点沿同一方向垂直飞入同一偏转电场,出现了如图所示的轨迹,由此可以判断,(),A.,在,b,飞离电场的同时,a,刚好打在其极板上,B.b,和,c,同时飞离电场,C.,进入电场时,c,的速度最大,a,的速度最小,D.,动能的增加值,c,最小,a,和,b,一样大,ACD,a,b,c,如图所示,相距为,d,长度为,l,的平行板,AB,加上电压后,可在,A,、,B,之间的空间中产生电场,在,A,、,B,左端距,AB,等距离处的,O,点,有一电量为,+q,质量为,m,的粒子以初速度,V,0,沿水平方向,(,与,A,、,B,板平行,),射入,.,不计重力,要使此粒子能从,C,处射出,则,A,、,B,间的电压应为,(),A.B.,C.D.,A,Vo,+,-,d,A,B,O,C,如图所示,两极板与电源相连接,电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场,且恰好从正极板边缘飞出,现在使电子射入速度变为原来的两倍,而电子仍从原来位置射入,且仍从正极板边缘飞出,则两极板间距离就变为原来的,(),A.2,倍,B.4,倍,C.,倍,D.,倍,C,U,Vo,例题,1,：炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板间加以电压,U=2500V,，发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出。电子射出后的速度有多大？,设电子刚从金属丝射出时的速度为零。,解,:,电子电荷量为,e,根据动能定理可得,一束电子流在经,U=5000V,的加速电压加速后,在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场,如图所示,若两板间距,d=1.0 cm,板长,l=5.0cm,那么,要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加多大电压,.,U,d,l,偏转电压越高,偏转量就越大,.,设电子刚好能从极板边缘飞出,.,即这时偏转量最大等于,d/2,所加电压为最大值,.,如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压,U,。两板间有一带正电荷,q,的带电粒子。它在电场力的作用下，由,静止,开始从正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？不考虑粒子的重力,）,q,U,m,+,_,带电粒子的加速,d,一、带电粒子的加速,1,、受力分析,:,水平向右的电场力,F,Eq,=,qU/d,2,、运动分析,:,初速度为零，加速度为,a=,qU/md,的向右,匀加速直线运动。,F,如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压,U,。两板间有一带正电荷,q,的带电粒子。它在电场力的作用下，由,静止,开始从正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？,(,不考虑粒子的重力,）,q,U,m,+,_,带电粒子的加速,d,一、带电粒子的加速,F,解法一运用运动学知识求解,如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压,U,。两板间有一带正电荷,q,的带电粒子。它在电场力的作用下，由,静止,开始从正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？,(,不考虑粒子的重力,）,q,U,m,+,_,带电粒子的加速,d,一、带电粒子的加速,F,解法二运用能量知识求解,2,、原理,（）,的作用：被电子枪加速后在,的电场中做匀变速曲线运动，出电场后做匀速直线运动打到荧光屏上，出现亮斑，可推得在竖直方向偏移：,若信号电压,则,