帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

1、9 9 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)你知道老式的電視機(jī)熒光屏你知道老式的電視機(jī)熒光屏后面藏的是什么嗎？后面藏的是什么嗎？電子槍發(fā)射出的電子打在熒光屏上，使屏幕發(fā)光。電子槍發(fā)射出的電子打在熒光屏上，使屏幕發(fā)光。要想使整個(gè)屏幕發(fā)光，電子應(yīng)做何種運(yùn)動(dòng)？要想使整個(gè)屏幕發(fā)光，電子應(yīng)做何種運(yùn)動(dòng)？根據(jù)力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，想一想偏轉(zhuǎn)電壓應(yīng)符合根據(jù)力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，想一想偏轉(zhuǎn)電壓應(yīng)符合什么條件？什么條件？1.1.了解帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)了解帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)只受電場(chǎng)力，只受電場(chǎng)力，帶電粒子做勻變速運(yùn)動(dòng)。帶電粒子做勻變速運(yùn)動(dòng)。2.2.掌握初速度與場(chǎng)強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場(chǎng)掌握初速度與場(chǎng)強(qiáng)方向垂直

2、的帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)動(dòng)。( (重點(diǎn)重點(diǎn)) )3.3.知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理。U+q m+_=?F帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況：運(yùn)動(dòng)情況：受到恒定的電場(chǎng)力受到恒定的電場(chǎng)力受力情況：受力情況： 做勻變速運(yùn)動(dòng)做勻變速運(yùn)動(dòng)一、帶電粒子的加速：（不計(jì)重力）一、帶電粒子的加速：（不計(jì)重力）對(duì)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，從受力的角度來看，對(duì)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，從受力的角度來看，遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律，從做功的角度來看，遵循能的遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律，從做功的角度來看，遵循能的轉(zhuǎn)化和守恒定律轉(zhuǎn)化和守恒定律解法一運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解解法一運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解a

3、dv22mqUv2mdqUmFa解法二運(yùn)用能量知識(shí)求解解法二運(yùn)用能量知識(shí)求解221mvqU mqUv2qUm+_帶電粒子的加速帶電粒子的加速 d d如兩極板間不是勻強(qiáng)電場(chǎng)該用何種方法求解？為什么？如兩極板間不是勻強(qiáng)電場(chǎng)該用何種方法求解？為什么？由于電場(chǎng)力做功與電場(chǎng)是否勻強(qiáng)無(wú)關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑由于電場(chǎng)力做功與電場(chǎng)是否勻強(qiáng)無(wú)關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無(wú)關(guān)，第二種方法仍適用！也無(wú)關(guān)，第二種方法仍適用！ 結(jié)論：結(jié)論： 由于電場(chǎng)力做功，與電場(chǎng)是否勻強(qiáng)無(wú)關(guān)由于電場(chǎng)力做功，與電場(chǎng)是否勻強(qiáng)無(wú)關(guān), ,與運(yùn)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)路徑也無(wú)關(guān)，所以在處理電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的路徑也無(wú)關(guān)，所以在處理電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速加速問題問題時(shí)，一般都是利用時(shí)，一

4、般都是利用動(dòng)能定理動(dòng)能定理進(jìn)行處理。進(jìn)行處理。 例例1.1.如圖所示，在如圖所示，在A A板附近有一電子由靜止開始向板附近有一電子由靜止開始向B B板運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于電子到達(dá)板運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于電子到達(dá)B B板時(shí)的速率，下列解釋板時(shí)的速率，下列解釋正確的是正確的是 ( () )A A兩板間距越大，運(yùn)動(dòng)時(shí)間就越長(zhǎng)，兩板間距越大，運(yùn)動(dòng)時(shí)間就越長(zhǎng)，則獲得的速率越大則獲得的速率越大B B兩板間距越小，加速度就越大，兩板間距越小，加速度就越大，則獲得的速率越大則獲得的速率越大C C與兩板間的距離無(wú)關(guān)，僅與加速電壓與兩板間的距離無(wú)關(guān)，僅與加速電壓U U有關(guān)有關(guān)D D以上解釋都不正確以上解釋都不正確解析：解析：選選C

5、.C.帶電粒子的末速度取決于電場(chǎng)力對(duì)粒子帶電粒子的末速度取決于電場(chǎng)力對(duì)粒子做功的情況由做功的情況由W WqUqU mvmv2 2知，電場(chǎng)力做的功由知，電場(chǎng)力做的功由兩板間電勢(shì)差決定，而與板間距無(wú)關(guān)故兩板間電勢(shì)差決定，而與板間距無(wú)關(guān)故C C正確正確m+q+_v0你能畫出帶電微粒的運(yùn)動(dòng)軌跡嗎？你能畫出帶電微粒的運(yùn)動(dòng)軌跡嗎？二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)：（不計(jì)重力）二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)：（不計(jì)重力）+ + + + + + + + + - - - - - - - - - v0+q.md lFy+vv0vy1.1.運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析：運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析： 帶電粒子以速度帶電粒子以速度v v0 0垂直于電場(chǎng)線方向飛入兩垂直于電場(chǎng)

6、線方向飛入兩帶電平行板產(chǎn)生的勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，若只受電場(chǎng)力作帶電平行板產(chǎn)生的勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，若只受電場(chǎng)力作用，則帶電粒子做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。用，則帶電粒子做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。2.2.偏轉(zhuǎn)問題的分析處理方法：偏轉(zhuǎn)問題的分析處理方法： （類似平拋運(yùn)動(dòng)分析方法）（類似平拋運(yùn)動(dòng)分析方法）（1 1）沿初速度方向是速度為）沿初速度方向是速度為v v0 0的勻速直線運(yùn)動(dòng)；的勻速直線運(yùn)動(dòng)；（2 2）沿電場(chǎng)力方向是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。）沿電場(chǎng)力方向是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。FamqEmqUmd0ltv212yat2202qUlmv d類平拋運(yùn)動(dòng)類平拋運(yùn)動(dòng)與粒子比荷與粒子比荷 成正比成正比與粒子初速度與粒子初速度v

7、 v0 0的平方成反比的平方成反比與電場(chǎng)的屬性與電場(chǎng)的屬性U U、l、d d有關(guān)有關(guān)qmFamqEmqUmd0ltvyvat0qUlmv d與粒子比荷與粒子比荷 成正比成正比與粒子初速度與粒子初速度v v0 0 的平方成反比的平方成反比與電場(chǎng)的屬性與電場(chǎng)的屬性U U、l、d d有有關(guān)關(guān)0tanyvv20qUlmv dqm例例2.2.如圖所示如圖所示, ,相距為相距為d d長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為l的平行板的平行板ABAB加上電壓加上電壓 后后, ,可在可在A A、B B之間的空間中產(chǎn)生電場(chǎng)之間的空間中產(chǎn)生電場(chǎng), ,在在A A、B B左端距左端距AB AB 等距離處的等距離處的O O點(diǎn)點(diǎn), ,有一電量為有一

8、電量為+q+q質(zhì)量為質(zhì)量為m m的粒子以初速度的粒子以初速度v v0 0沿水平方向沿水平方向( (與與A A、B B板平行板平行) )射入射入. .不計(jì)重力不計(jì)重力, ,要使此要使此 粒子能從粒子能從C C處射出處射出, ,則則A A、B B間的電壓應(yīng)為間的電壓應(yīng)為( )( ) A. B. A. B. C. D. C. D. 2202qlmvd2202qdmvlqdlmv0qlqmv0vo+ + + + + + + +- - - - - - - -dABOCv0+ + + + + - - - - - 2d2/ ltanlddmvqUl202220qldmvU 或或?qū)ζD(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：對(duì)

9、偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：2/2/ld對(duì)偏轉(zhuǎn)過程由側(cè)移公式：對(duì)偏轉(zhuǎn)過程由側(cè)移公式：ydmvqUl20222d2220qldmvU 解析：解析：選選A.A.U1+_電場(chǎng)中加速電場(chǎng)中加速電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)+_U2三、示波管的原理三、示波管的原理（1 1）電子槍：發(fā)射并加速電子。）電子槍：發(fā)射并加速電子。（2 2）偏轉(zhuǎn)電極：）偏轉(zhuǎn)電極：YYYY使電子束豎直偏轉(zhuǎn)；使電子束豎直偏轉(zhuǎn)；XXXX使電子束水平偏轉(zhuǎn)。使電子束水平偏轉(zhuǎn)。（3 3）熒光屏：電子束打到熒光屏上能使該處的熒）熒光屏：電子束打到熒光屏上能使該處的熒光物質(zhì)發(fā)光。光物質(zhì)發(fā)光。如果在如果在XXXX之間不加電壓之間不加電壓, ,而在而在YYYY

10、之間所加的電之間所加的電壓按圖所示的規(guī)律隨時(shí)間變化，在熒光屏上會(huì)看到壓按圖所示的規(guī)律隨時(shí)間變化，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？什么圖形？YYX YYYY隨信號(hào)電壓同步變化，但由于視覺暫留和隨信號(hào)電壓同步變化，但由于視覺暫留和熒光物質(zhì)的殘光特性，只能看到一條熒光物質(zhì)的殘光特性，只能看到一條豎直的亮線。豎直的亮線。X示波器圖象示波器圖象同理可得亮斑在水平方向的偏移隨加在同理可得亮斑在水平方向的偏移隨加在上的電上的電壓而變化，若所加的電壓為特定的周期性變化電壓壓而變化，若所加的電壓為特定的周期性變化電壓則亮斑在水平方向來回運(yùn)動(dòng)則亮斑在水平方向來回運(yùn)動(dòng)掃描，如果掃描電掃描，如果掃描電壓變化很快，亮斑看起來

11、為一條壓變化很快，亮斑看起來為一條水平的亮線水平的亮線。UXt掃描電壓掃描電壓示波器圖像示波器圖像YYXX如果在如果在YYYY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(shí)在，同時(shí)在XXXX之間加之間加鋸齒形掃描電壓鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會(huì)看到，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？什么圖形？XYOA B CD E FA B CD E FABOCt1DEFt2UyUx如果信號(hào)電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號(hào)如果信號(hào)電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號(hào)電壓的周期相同，就可以在熒光屏上得到待測(cè)信電壓的周期相同，就可以在熒光屏上得到待測(cè)信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定圖像。號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)隨時(shí)間變化的

12、穩(wěn)定圖像。XYYXUXt示波器圖象示波器圖象O O例例3.3.如圖，電子在電勢(shì)差為如圖，電子在電勢(shì)差為U U1 1的加速電場(chǎng)中由靜止的加速電場(chǎng)中由靜止開始加速，然后射入電勢(shì)差為開始加速，然后射入電勢(shì)差為U U2 2的兩塊平行極板間的兩塊平行極板間的電場(chǎng)中，入射方向跟極板平行。整個(gè)裝置處在真的電場(chǎng)中，入射方向跟極板平行。整個(gè)裝置處在真空中，重力可忽略。在滿足電子能射出平行板區(qū)的空中，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)角變大的是變大的是 A.UA.U1 1變大、變大、U U2 2變大變大 B.UB.U1 1變

13、小、變小、U U2 2變大變大C.UC.U1 1變大、變大、U U2 2變小變小 D.UD.U1 1變小、變小、U U2 2變小變小2101eUmv2201mv2eUdmvleU202tan對(duì)偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：對(duì)偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：dUlU122與粒子的與粒子的電量電量q q、質(zhì)、質(zhì)量量m m無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)解析：解析：選選B B。對(duì)加速過程由動(dòng)能定理：對(duì)加速過程由動(dòng)能定理：1.1.利用電場(chǎng)使帶電粒子加速利用電場(chǎng)使帶電粒子加速2.2.利用電場(chǎng)使帶電粒子偏轉(zhuǎn)利用電場(chǎng)使帶電粒子偏轉(zhuǎn)從動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析從動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析從做功和能量的角度分析從做功和能量的角度分析類似平拋運(yùn)動(dòng)類似平拋

14、運(yùn)動(dòng)的分析方法的分析方法粒子在與電場(chǎng)垂直的方向上粒子在與電場(chǎng)垂直的方向上做做勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)粒子在與電場(chǎng)平行的方向上粒子在與電場(chǎng)平行的方向上做做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)1 1帶電粒子垂直場(chǎng)強(qiáng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，僅在電場(chǎng)帶電粒子垂直場(chǎng)強(qiáng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，僅在電場(chǎng)力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在這一過程中帶電粒子的（力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在這一過程中帶電粒子的（ ）A A電勢(shì)能增加，動(dòng)能減小電勢(shì)能增加，動(dòng)能減小B B電勢(shì)能減小，動(dòng)能增加電勢(shì)能減小，動(dòng)能增加C C機(jī)械能保持不變機(jī)械能保持不變D D電勢(shì)能的減小大于機(jī)械能的增加電勢(shì)能的減小大于機(jī)械能的增加 B B2.2.如圖所示，水平平行金屬

15、板如圖所示，水平平行金屬板A A、B B間距為間距為d d，帶電質(zhì)點(diǎn)，帶電質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量為質(zhì)量為m m，電荷量為，電荷量為q q，當(dāng)質(zhì)點(diǎn)以速率，當(dāng)質(zhì)點(diǎn)以速率v v從兩極板中央水從兩極板中央水平飛入兩極間，兩極不加電壓時(shí)，恰好從下板邊緣飛平飛入兩極間，兩極不加電壓時(shí)，恰好從下板邊緣飛出，若給出，若給A A、B B兩極加一電壓兩極加一電壓U U，則恰好從上板邊緣飛出，則恰好從上板邊緣飛出，那么所加電壓那么所加電壓U=U= . .qmgd23.(20133.(2013新課標(biāo)全國(guó)卷新課標(biāo)全國(guó)卷I) I) 一水平放置的平行板電容器的一水平放置的平行板電容器的兩極板間距為兩極板間距為d d，極板分別與電池兩極相連，上極板中心，極板分別與電池兩極相連，上極板中心有一小孔有一小孔( (小孔對(duì)電場(chǎng)的影響可忽略不計(jì)小孔對(duì)電場(chǎng)的影響可忽略不計(jì)) )。小孔正上方。小孔正上方 處的處的P P點(diǎn)有一帶電粒子，該粒子從靜止開始下落，經(jīng)過小點(diǎn)有一帶電粒子，該粒子從靜止開始下落，經(jīng)過