帶電粒子在電場中的運動上課PPT學習教案

1、會計學1 帶電粒子在電場中的運動上課帶電粒子在電場中的運動上課 電場中的帶電粒子一般可分為兩類：電場中的帶電粒子一般可分為兩類： 1、帶電的、帶電的基本粒子基本粒子：如電子，質子，：如電子，質子，粒子，正負離子等。這些粒子所受重力和電場力相比在小得多，除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質量）。粒子，正負離子等。這些粒子所受重力和電場力相比在小得多，除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質量）。 2、帶電微粒帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外，一般都

2、考慮重力。 第1頁/共36頁 帶電粒子在勻強電場中運動狀態(tài)：帶電粒子在勻強電場中運動狀態(tài)： 勻變速直線運動勻變速直線運動加速、減加速、減 速速 勻變速曲線運動勻變速曲線運動偏轉偏轉 1.平衡平衡 （F合合=0） 2.勻變勻變 速運動速運動 （F合合0） 靜止靜止 勻速直線運動勻速直線運動 可能是可能是 第2頁/共36頁 、動力學方法、動力學方法 ： 一、帶電粒子在電場中的加速一、帶電粒子在電場中的加速 AB U d E + F v 由牛頓第二定律由牛頓第二定律 ： m F a m qE md qU 由運動學公式：由運動學公式： adv20 2 adv2 m qU2 m qU v 2 初速度初速

3、度不為零不為零呢？呢？ 只適用于只適用于勻強電場勻強電場 第3頁/共36頁 2、動能定理：、動能定理： AB U d E + v 由動能定理：由動能定理： 0 2 1 2 mvW qUW 又 2 2 1 mvqU m qU v 2 也適用于也適用于非非 勻強電場勻強電場 一、帶電粒子在電場中的加速一、帶電粒子在電場中的加速 第4頁/共36頁 如圖所示的電場中有如圖所示的電場中有A A、B B兩點，兩點，A A、B B的電勢的電勢 差差U UAB AB 100V100V，一個質量為，一個質量為m=m=2.02.01010-12 -12kg kg 、電量為電量為q=q=-5.0-5.01010-8

4、 -8C C的帶電粒子，以初速 的帶電粒子，以初速 度度v0 = =3.03.010103 3m/sm/s由由A A點運動到點運動到B B點，求粒子點，求粒子 到達到達B B點時的速率。（不計粒子重力）點時的速率。（不計粒子重力） 例與練例與練 A - v0B ABAB qUW 2 0 2 2 1 2 1 mvmvWAB 2 0 2 v m qU v AB sm/102 3 2 0 2 2 1 2 1 mvmvqU AB q為為負負 第5頁/共36頁 例與練例與練 mg mg qE 對全過程由動能定理：對全過程由動能定理： 0)(qUdhmg qdhmgU/ )( qd dhmg d U E

5、)( 第6頁/共36頁 二、帶電粒子的偏轉二、帶電粒子的偏轉 A A B B 如圖所示，在真空中有一對平行金屬板A、B，板間距離為d，板長為L,兩板間加以電壓 U?，F(xiàn)有一質量為m、電量為+q的 粒子以初速度vo垂直場強方向射入電場。 求：（1）粒子在電場中的運動時間 （2）粒子射出電場時速度的偏向角tg=？： （3）粒子射出電場時的側向位移 y=？ 第7頁/共36頁 二、帶電粒子在勻強電場中的偏轉二、帶電粒子在勻強電場中的偏轉 l d + - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + U v0 q、m 第8頁/共36頁 二、帶電粒子在勻強電場中的偏轉二

6、、帶電粒子在勻強電場中的偏轉 l d + - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + U v0 q、m F + v v0 vy y 偏轉角偏轉角 側移側移 第9頁/共36頁 二、帶電粒子在勻強電場中的偏轉二、帶電粒子在勻強電場中的偏轉 m F a m qE md qU 0 v l t 2 2 1 aty dmv qUl 2 0 2 2 類平拋運動類平拋運動 與粒子比荷與粒子比荷q/m成正比成正比 與粒子初速度與粒子初速度v0平方成反比平方成反比 與電場的屬性與電場的屬性U、l、d有關有關 第10頁/共36頁 二、帶電粒子在勻強電場中的偏轉二、帶電粒子

7、在勻強電場中的偏轉 m F a m qE md qU 0 v l t atvy dmv qUl 0 與粒子比荷與粒子比荷q/m成正比成正比 與粒子初速度與粒子初速度v0平方成反比平方成反比 與電場的屬性與電場的屬性U、l、d有關有關 0 tan v vy dmv qUl 2 0 類平拋運動類平拋運動 第11頁/共36頁 例與練例與練 dmv qUl y 2 0 2 2 dmv qUl 2 0 tan tan y x dmv qUl dmv qUl 2 0 2 0 2 2 2 l x 第12頁/共36頁 + - v v v v0 0 v vy y y + _ U1 U2 v v0 0 L L m

8、 qU v 1 0 2 1 2 2 2 0 2 2 42dU LU v L md qU y 1 2 2 0 2 tan dU LU mdv LqU -q m 三、三、 先加速再偏轉先加速再偏轉 第13頁/共36頁 12、如圖所示，有一電子、如圖所示，有一電子(電量為電量為e、質量為、質量為 m)經(jīng)電壓經(jīng)電壓U0加速后，沿平行金屬板加速后，沿平行金屬板A、B中中 心線進入兩板，心線進入兩板，A、B板間距為板間距為d、長度為、長度為L ， A、B板間電壓為板間電壓為U，屏，屏CD足夠大，距離足夠大，距離 A、B板右邊緣板右邊緣2L，AB板的中心線過屏板的中心線過屏CD 的中心且與屏的中心且與屏CD

9、垂直。試求電子束打在屏垂直。試求電子束打在屏 上的位置到屏中心間的距離。上的位置到屏中心間的距離。 例與練例與練 四、四、 先加速再偏轉，再勻速先加速再偏轉，再勻速 第14頁/共36頁 析與解析與解 電子離開電場，就好象從中點沿直線離開的：電子離開電場，就好象從中點沿直線離開的： tan)2 2 (l l y dU Ul 0 2 4 5 y 對加速過程由動能定理：對加速過程由動能定理： 2 00 2 1 mveU 0 2 0 2eUmv dU Ul 0 2 tan 第15頁/共36頁 13、質量為質量為110-25kg、電量為、電量為110-16C的的 帶電粒子以帶電粒子以2106m/s速度從

10、水平放置的平速度從水平放置的平 行金屬板行金屬板A、B中央沿水平方向飛入板間，中央沿水平方向飛入板間， 如圖所示。已知板長如圖所示。已知板長L10cm，間距，間距d 2cm，當，當AB間電壓在間電壓在 范圍內時，范圍內時， 此帶電粒子能從板間飛出。此帶電粒子能從板間飛出。 例與練例與練 v0 + + + + + - - - - - 第16頁/共36頁 v0 + + + + + - - - - - 2 d 2/ l tan l d dmv qUl 2 0 2 22 0 ql dmv U V160 析與解析與解 對偏轉過程由偏轉角正切公式：對偏轉過程由偏轉角正切公式： 2/ 2/ l d 或對偏轉

11、過程由側移公式：或對偏轉過程由側移公式： y dmv qUl 2 0 2 2 2 d 2 22 0 ql dmv U V160 第17頁/共36頁 14、初速度為、初速度為2107m/s的的電子沿平行金屬電子沿平行金屬 板間的中心線射入板中，板長為板間的中心線射入板中，板長為30cm，相，相 距為距為4cm，在兩板間加上如圖所示的，在兩板間加上如圖所示的正弦交正弦交 變電壓變電壓。已知電子的質量為。已知電子的質量為910-31Kg，電，電 量為量為1.610-19C，不計電子重力，求：要使，不計電子重力，求：要使 所有的電子都能離開電場，圖中電壓的最大所有的電子都能離開電場，圖中電壓的最大 值

12、值U0需滿足什么條件？需滿足什么條件？ 例與練例與練 第18頁/共36頁 可認為在可認為在t時間內時間內電場電場不變不變 設電子在兩板間的運動時間為設電子在兩板間的運動時間為t s v l t 8 0 105 . 1 st02. 0 設電子在偏轉電壓為設電子在偏轉電壓為U0時進入板間時進入板間 22 2 0 2 0 d dmv leU y 2 22 0 0 el dmv U V40 析與解析與解 第19頁/共36頁 帶電粒子在帶電粒子在交變電場交變電場中的運動中的運動 在兩個相互平行的金屬板間加在兩個相互平行的金屬板間加交變電壓交變電壓時，在兩板間便可獲得時，在兩板間便可獲得交變電場交變電場。

13、此類電場從空間看是勻強電場，即同一時刻，電場中各個位置處電場強度的大小、方向都相同；從時間上看是變化的，即電場強度的大小、方向都可隨時間變化。此類電場從空間看是勻強電場，即同一時刻，電場中各個位置處電場強度的大小、方向都相同；從時間上看是變化的，即電場強度的大小、方向都可隨時間變化。 研究帶電粒子在這種交變電場中的運動，研究帶電粒子在這種交變電場中的運動， 關鍵是根據(jù)電場變化的特點，正確地判斷粒子的運動情況。關鍵是根據(jù)電場變化的特點，正確地判斷粒子的運動情況。 當帶電粒子通過電場的時間遠遠小于電場變化的周期時，可認為電場強度的大小、方向都不變。當帶電粒子通過電場的時間遠遠小于電場變化的周期時，

14、可認為電場強度的大小、方向都不變。 小小 結結 第20頁/共36頁 三、示波管的原理三、示波管的原理 產(chǎn)生產(chǎn)生高速高速飛飛 行的行的電子束電子束 待顯示待顯示的的 電壓信號電壓信號 鋸齒形鋸齒形掃掃 描電壓描電壓 使電子沿使電子沿Y 方向方向偏移偏移 使電子沿使電子沿x 方向方向偏移偏移 第21頁/共36頁 三、示波管的原理三、示波管的原理 1、如果在電極、如果在電極XX之間不加電壓，而在之間不加電壓，而在YY 之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使Y的電勢比的電勢比Y高，電子高，電子 將打在熒光屏的什么位置？將打在熒光屏的什么位置？ 電子沿電子沿Y方方 向向向上向上偏移偏移 第22頁/共36頁

15、 三、示波管的原理三、示波管的原理 1、如果在電極、如果在電極XX之間不加電壓，而在之間不加電壓，而在YY 之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使Y的電勢比的電勢比Y高，電子高，電子 將打在熒光屏的什么位置？將打在熒光屏的什么位置？ 電子沿電子沿Y方方 向向向下向下偏移偏移 第23頁/共36頁 三、示波管的原理三、示波管的原理 1、如果在電極、如果在電極XX之間不加電壓，但在之間不加電壓，但在YY 之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使Y的電勢比的電勢比Y高，電子高，電子 將打在熒光屏的什么位置？將打在熒光屏的什么位置？ 如果在電極如果在電極 YY之間不加電壓，但在之間不加電壓，但在XX 之間加之

16、間加不變電壓不變電壓，使，使X的電勢比的電勢比X高，電子高，電子 將打在熒光屏的什么位置？將打在熒光屏的什么位置？ 電子沿電子沿X方方 向向向里向里偏移偏移 第24頁/共36頁 三、示波管的原理三、示波管的原理 1、如果在電極、如果在電極XX之間不加電壓，但在之間不加電壓，但在YY 之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使Y的電勢比的電勢比Y高，電子高，電子 將打在熒光屏的什么位置？將打在熒光屏的什么位置？ 如果在電極如果在電極 YY之間不加電壓，但在之間不加電壓，但在XX 之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使X的電勢比的電勢比X高，電子高，電子 將打在熒光屏的什么位置？將打在熒光屏的什么位置？

17、電子沿電子沿X方方 向向向外向外偏移偏移 第25頁/共36頁 三、示波管的原理三、示波管的原理 2、如果在電極、如果在電極XX之間不加電壓，但在之間不加電壓，但在YY 之間加如圖所示的之間加如圖所示的交變電壓交變電壓，在熒光屏上會，在熒光屏上會 看到什么圖形？看到什么圖形？ 0tt1電子沿電子沿Y 方向方向向上向上偏移偏移 第26頁/共36頁 三、示波管的原理三、示波管的原理 2、如果在電極、如果在電極XX之間不加電壓，但在之間不加電壓，但在YY 之間加如圖所示的之間加如圖所示的交變電壓交變電壓，在熒光屏上會，在熒光屏上會 看到什么圖形？看到什么圖形？ t1tt2電子沿電子沿Y方向方向向向 下

18、下偏移偏移 第27頁/共36頁 三、示波管的原理三、示波管的原理 3、如果在、如果在YY之間加如圖所示的之間加如圖所示的交變電壓交變電壓， 同時在同時在XX之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使X的電勢比的電勢比X 高高，在熒光屏上會看到什么圖形？在熒光屏上會看到什么圖形？ 0tt1電子沿電子沿Y 方向方向向上向上偏，沿偏，沿 X方向方向向里向里偏偏 第28頁/共36頁 三、示波管的原理三、示波管的原理 3、如果在、如果在YY之間加如圖所示的之間加如圖所示的交變電壓交變電壓， 同時在同時在XX之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使X的電勢比的電勢比X 高，在熒光屏上會看到什么圖形？高，在熒光屏上會

19、看到什么圖形？ t1tt2電子沿電子沿Y 方向方向向下向下偏，沿偏，沿 X方向方向向里向里偏偏 第29頁/共36頁 三、示波管的原理三、示波管的原理 3、如果在、如果在YY之間加如圖所示的之間加如圖所示的交變電壓交變電壓， 同時在同時在XX之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使X的電勢比的電勢比X 高，在熒光屏上會看到什么圖形？高，在熒光屏上會看到什么圖形？ 電子沿電子沿Y方向方向向向 上向下上向下偏，沿偏，沿X 方向方向向外向外偏偏 第30頁/共36頁 三、示波管的原理三、示波管的原理 4、如果在、如果在YY之間加如圖所示的之間加如圖所示的交變電壓交變電壓， 同時在同時在XX之間加之間加鋸齒形

20、掃描電壓鋸齒形掃描電壓，在熒光，在熒光 屏上會看到什么圖形？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 t1 D E F t2 第31頁/共36頁 15、如圖所示的示波管，如果在、如圖所示的示波管，如果在YY之間加如圖所示的之間加如圖所示的交變電壓交變電壓，同時在，同時在XX之間加如圖所示的之間加如圖所示的鋸齒形電壓鋸齒形電壓，使，使X的電勢比的電勢比X高，在熒光屏上會看到什么圖形？高，在熒光屏上會看到什么圖形？ 例與練例與練 Ux t O t1 t2 第32頁/共36頁 15、如圖所示的示波管，如果在、如圖所示的示波管，如果在YY之間加如圖所示的之間加如圖所示的交變電壓交變電