第九节带电粒子在电场中的运动.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,*,*,带电粒子在电场中的运动,一、带电粒子的重力是否忽略,（,1,）基本粒子：,如：,质子、电子、,粒子、离子,等除有特别说明外，否则不予考虑重力即,忽略重力,。,（,2,）带电颗粒：,如油滴，液滴，尘埃，小球等除有说明或明确的暗示外，一般,不能,忽略重力。,物体在恒力作用下可能做什么运动？举例说明,。,想一想,（,1,）匀变速直线运动：,如自由落体运动，竖直上抛运动,匀变速曲线运动：,如平抛运动，斜抛运动,想 一 想,?,带电粒子处于匀强电场中时，在只受电场力作用下，会出现哪些运动情形,?,E,会不会处于静止状态,?,是匀速运动还是变速运动,?,是否一定是匀变速运动,?,为什么,?,是直线运动,还是曲线运动,?,带电粒子处于匀强电场中时既可能做直线运动,又可能做曲线运动,但都是匀变速运动,二、带电粒子在匀强电场的加速,探究,若使带电粒子在匀强电场中被加速但方向不变，应满足什么条件,?,q,U,m,+,_,带电粒子的加速,d,结论,在匀强电场中，让带电粒子的速度方向和所受电场力的方向,_,或者初速度为零，粒子就会在电场力作用下做,_,相同,加速直线运动,算,算,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,二、带电粒子在匀强电场的加速,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,解法二运用能量知识求解,若初速度不为,0,呢？,思考题,如果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！,所以,三、带电粒子的偏转,U,L,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-Y,d,Y,v,0,q,如图带电粒子以初速度,V,0,垂直电场线射入匀强电场中,(,粒子电性为负,),不计重力,粒子将如何运动,?,将做曲线运动,问题,1,我们通常是采用什么方法来研究曲线运动？,问题,2,将这个曲线运动向哪两个方向分解？分别是什么分运动？,垂直电场方向做匀速直线运动,平行电场方向做初速为零的匀加速直线运动,类 似 于 平 抛 运 动,应用运动的合成和分解知识进行处理,三、带电粒子的偏转,U,L,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,Y,d,Y,如图所示，在真空中水平放置一对长为,L,的金属板,Y,和,Y,，板间距离为,d,。在两板间加以电压,U,，一电荷量为,q,质量为,m,的带正电粒子从极板中央以水平速度,v,0,射入电场。试分析带电粒子在电场中的运动情况。,(,不计粒子的重力,),v,0,q,1,、受力分析：粒子受到竖直向下的电场力,F,Eq=qU/d,。,2,、运动规律分析,:,粒子作,类平抛,运动,。,v,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,v,0,Y,d,U,Y,q,L,x,方向：,匀速直线运动,Y,方向：加速度为,的,匀加速直线运动,。,y,v,0,v,y,v,v,0,v,y,3,、,x,方向,4,、,y,方向,5,、离开电场时的偏转角度的正切：,F,例题,1.,试证明：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的,中点沿直线,离开电场的。,x,带电粒子在匀强电场中的偏转相关公式的思考,侧移：,L,v,0,m,，,q,v,0,v,y,U,d,y,v,t,不要死记公式，要清楚物理过程。,根据不同的已知条件，改用不同的表达形式（已知初速度、初动能或加速电压等）。,偏角：,注意到,说明,穿出时刻的末速度的反向延长线与初速度延长线交点恰好在水平位移的中点。,这一点和平抛运动的结论相同。,穿越电场过程的动能增量：,E,k,=,Eqy,（注意，,一般来说不等于,qU,）,让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物由静止开始经过同一加速电场加速，然后在同一偏转电场里偏转，它们是否会分为三股？请说明理由。课后习题思考：,比较离子在偏转电场的侧移距离,y,如果,y,互不相同,如果,y,相同,会分为三股,不会分为三股,比较离子是否以相同偏角,射出,如果,互不相同,会分为三股,如果,相同,不会分为三股,总结,偏转距离，偏转角度，由加速电压和偏转电,压共同决定,让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物由静止开始经过同一加速电场加速，然后在同一偏转电场里偏转，它们是否会分为三股？请说明理由。,课后习题思考：,答案：不会分为三股。,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,1,、,如图所示，,A,、,B,为平行金属板电容器，两板间的距离为,d,，在,A,板的缺口的正上方距离为,h,的,P,处，有一质量为,m,、带电量为,+q,的液滴由静止开始自由落下，若要使液滴不落在,B,板上，两板间场强至少为多大？两板间的电压,U,至少为多大？,例与练,mg,mg,qE,对全过程由动能定理：,2.,如图，电子在电势差为,U,1,的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为,U,2,的两块平行极板间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角,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、,U,2,变小,例与练,B,3.,如图所示，二价氦离子和质子的混合体，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,、到达屏上同一点,D,、到达屏上不同点,例与练,与粒子的,电量,q,、质量,m,无关,ABC,4.,初速度为,2,10,7,m/s,的电子沿平行金属板间的中心线射入板中，板长为,30cm,，相距为,4cm,，在两板间加上如图所示的,正弦交变电压,。条件？已知电子的质量为,9,10,-31,Kg,，电量为,1.6,10,-19,C,，不计电子重力，求：要使所有的电子都能离开电场，图中电压的最大值,U,0,需满足什么,可认为在,t,时间内,电场,不变,设电子在两板间的运动时间为,t,设电子在偏转电压为,U,0,时进入板间,析与解,5.,如图，水平放置的两平行金属板，板长为,l,、板间距为,d,，一,束电子以,v,0,的初速度从两板中央水平射入板间，然后从板间飞出射,到距板,L,、,宽,D,的荧光屏上（荧光屏中点在两板中垂线上）。,电子飞入两板前所经历的加速电场的电压多大？,为了使电子能射至荧光屏上，求图中,D,应满足的条件？,为了使电子能射至荧光屏上，求偏转电压,U,AB,的范围？,L,v,0,l,D,解：,设加速电压为,U,1,，则,电子的最大偏移量为,d,/2,v,O,得：,A,B,电子达到荧光屏边缘,，对应的偏转电压最大。,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,三、示波管的原理,1.,如果在电极,XX,之间不加电压，而在,YY,之间加,不变电压,，使,Y,的电势比,Y,高，电子将打在荧光屏的什么位置？,电子沿,Y方向,向上,偏移,三、示波管的原理,1.,如果在电极,XX,之间不加电压，而在,YY,之间加,不变电压,，使,Y,的电势比,Y,高，电子将打在荧光屏的什么位置？,电子沿,Y,方向,向下,偏移,v,0,示波器原理,u,1,一维偏转,u,2,Y,Y,L,L,v,o,r,h,每一个电子,每个电子在电场中运动,时间很短,不同时刻,进入电场的电子,可认为在,电压不变的匀强电场,中偏转,偏转电压,不同,.,若只在,YY,间,加,持续变化的信号电压,呢,?,屏上亮斑位置,不同,.,即出现在,Y,轴的亮线,三、示波管的原理,2.,如果在电极,XX,之间不加电压，但在,YY,之间加如图所示的,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,三、示波管的原理,2.,如果在电极,XX,之间不加电压，但在,YY,之间加如图所示的,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,三、示波管的原理,3.,如果在,YY,之间加如图所示的,交变电压,，同时在,XX,之间加,不变电压,，使,X,的电势比,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,三、示波管的原理,3.,如果在,YY,之间加如图所示的,交变电压,，同时在,XX,之间加,不变电压,，使,X,的电势比,X,高，在荧光屏上会看到什么图形？,o-t,2,电子沿,Y,方向,向上向下,偏，沿,X,方向,向外,偏,示波器就是利用两组正交的偏转极板，控制电子打在荧光屏上的位置。示意图如右：两组偏转电极分别控制电子在水平、竖直方向的偏转。一般在水平偏转电极上加扫描电压（从左向右周期性,扫描），在竖直偏转电极上,加需要研究的信号。,若只在,XX,间,加,持续变化的信号电压,呢,?,匀速,的、,持续,的,扫描,形成,稳定,且,水平,的亮线,Y,X,Y,偏转电极,X,电子枪,荧光屏,怎样在荧光屏上显示,信号电压,的,正弦波形,？,三、示波管的原理,4.,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,.,如图所示的示波管，如果在,YY,之间加如图所示的,交变电压,，同时在,XX,之间加如图所示的,锯齿形电压,，使,X,的电势比,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,.,如图所示的示波管，如果在,YY,之间加如图所示的,交变电压,，同时在,XX,之间加如图所示的,锯齿形电压,，使,X,的电势比,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,