帶電粒子在電場中的運(yùn)動

1、1.9 1.9 帶電粒子在電場帶電粒子在電場 中的運(yùn)動中的運(yùn)動新課標(biāo)高中物理選修31第一章 靜電場3 3、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動狀態(tài)來判定動狀態(tài)來判定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 1、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子，、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子， 粒子，正負(fù)粒子，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和電場力相比小得多，離子等。這些粒子所受重力和電場力相比小得多，除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。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(zhì)量）。（但并不能忽略質(zhì)量）。2

2、2、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有、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。說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。帶電粒子在勻強(qiáng)電場中帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動情況：運(yùn)動情況：受到恒定的電場力受到恒定的電場力受力情況：受力情況： 做勻變速運(yùn)動做勻變速運(yùn)動一一. 帶電粒子在電場中的加速帶電粒子在電場中的加速用牛頓運(yùn)動定律分析用牛頓運(yùn)動定律分析用動能定理分析用動能定理分析00v?tvUE1（加速電壓）（加速電壓）qUm+_帶電粒子的加速帶電粒子的加速 d d1 1、受力分析、受力分析: : 水平向右的電場力水平向右的電場力 F FEq=qU/dEq

3、=qU/dF F2 2、運(yùn)動分析、運(yùn)動分析: :初速度為零，加速度初速度為零，加速度為為a=qU/mda=qU/md的向右的向右勻勻加速直線運(yùn)動加速直線運(yùn)動。解法一運(yùn)用運(yùn)動學(xué)知識求解解法一運(yùn)用運(yùn)動學(xué)知識求解mqUdmdqUadv2222mqUv2解法二運(yùn)用能量知識求解解法二運(yùn)用能量知識求解mqUvmvqU2212粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān)粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān)思考題思考題 如兩極板間不是勻強(qiáng)電場該如兩極板間不是勻強(qiáng)電場該用何種方法求解？為什么？用何種方法求解？為什么？ 由于電場力做功與場強(qiáng)是由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動路徑也否勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動路徑也無關(guān)，第二種方法仍

4、適用！無關(guān)，第二種方法仍適用！所以所以例例1 結(jié)論：結(jié)論：由于電場力做功與場強(qiáng)是否由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動路徑也無關(guān)，所勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動路徑也無關(guān)，所以在處理電場對帶電粒子的以在處理電場對帶電粒子的加速加速問問題時，一般都是利用題時，一般都是利用動能定理動能定理進(jìn)行進(jìn)行處理。處理。 例例2：如圖所示，在：如圖所示，在P板附近有一電子由靜止開板附近有一電子由靜止開始向始向Q板運(yùn)動，則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動情況，下板運(yùn)動，則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動情況，下列敘述正確的是：列敘述正確的是：( )A.兩板間距越大，加速的時間越長兩板間距越大，加速的時間越長B.兩板間距離越小，加速度就越大

5、，兩板間距離越小，加速度就越大，則電子到達(dá)則電子到達(dá)Q板時的速度就越大板時的速度就越大C.電子到達(dá)電子到達(dá)Q板時的速度與板間距板時的速度與板間距離無關(guān)，僅與加速電壓有關(guān)離無關(guān)，僅與加速電壓有關(guān)D.電子的加速度和末速度都與板間電子的加速度和末速度都與板間距離無關(guān)距離無關(guān)AC ld+- - - - - - - - - - - + + + + + + + + + Uv0q、m二二. 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) ld+- - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + +Uv0q、mF+vv0vyy偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角側(cè)移側(cè)移二二. 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)帶電

6、粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)試根據(jù)類平拋運(yùn)動的知識，推導(dǎo)偏移量試根據(jù)類平拋運(yùn)動的知識，推導(dǎo)偏移量 y和偏轉(zhuǎn)角和偏轉(zhuǎn)角1. 1.受力分析：粒子受到豎直向受力分析：粒子受到豎直向下的靜電力下的靜電力F FEqEq=qU/dqU/d。2 2. .運(yùn)動規(guī)律分析運(yùn)動規(guī)律分析: :粒子作粒子作類平拋類平拋運(yùn)動運(yùn)動。x x方向：方向：勻速直線運(yùn)動勻速直線運(yùn)動Y Y方向：方向：加速度為加速度為 的的勻勻加速直線運(yùn)動加速直線運(yùn)動。mdqUa v v v v0 0vy 3. 3. x方向方向 L4. 4. y方向方向 xvyvy5 5、離開電場時的偏轉(zhuǎn)角度的正切：、離開電場時的偏轉(zhuǎn)角度的正切：tv020221vLmdqU0

7、v0vLmdqU200mdvqULvvytan y y v v0 0vy F Fv v+ + + + + +- - - - - -v v0 0Y dUY Y q L L結(jié)論：帶電粒子初速度垂直于電場方向飛入結(jié)論：帶電粒子初速度垂直于電場方向飛入勻強(qiáng)電場的問題就是一個勻強(qiáng)電場的問題就是一個類平拋類平拋的問題。的問題。粒子在與電場垂直的方向上做粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動勻速直線運(yùn)動粒子在與電場平行的方向上做粒子在與電場平行的方向上做初速為零的勻初速為零的勻加速運(yùn)動加速運(yùn)動例例3 L LmqUv102122202242dULUvLmdqUy12202tandULUmdvLqU三、三、 加

8、速和偏轉(zhuǎn)一體加速和偏轉(zhuǎn)一體+-v vv v0 0v vy y+_U1U2v v0 0-qmy 讓一價氫離子、一價氦離子和二價氦離子的混合物讓一價氫離子、一價氦離子和二價氦離子的混合物經(jīng)過同一加速電場由靜止開始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電經(jīng)過同一加速電場由靜止開始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場里偏轉(zhuǎn)，在通過加速電場時獲得的動能是否相同？通場里偏轉(zhuǎn)，在通過加速電場時獲得的動能是否相同？通過偏轉(zhuǎn)電場時，它們是否會分為三股？請說明理由。過偏轉(zhuǎn)電場時，它們是否會分為三股？請說明理由。答案：答案：通過加速電場時獲得的動能通過加速電場時獲得的動能E Ek k=qUqU, ,加速電壓相加速電壓相同，二價氦離子電荷量最大，

9、所以二價氦離子獲得動同，二價氦離子電荷量最大，所以二價氦離子獲得動能最大。粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場和偏轉(zhuǎn)電能最大。粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場和偏轉(zhuǎn)電場決定，所以三種粒子不可能分開為三股。場決定，所以三種粒子不可能分開為三股。122202242dULUvLmdqUyv vv vy yy L L+- -v v0 0+-U1U2v v0 0-qm思思考考題題12202tandULUmdvLqU四四、示波器的原理、示波器的原理1.示波器作用：是一種用來觀察電信號隨時間變化的電子儀器。2.它的核心部件是示波管：由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空。產(chǎn)生產(chǎn)生高速高速飛飛行的行的電子束電子

10、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 Y方向方向偏移偏移使電子沿使電子沿x x方向方向偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理已知：已知：U1、l、YY?偏轉(zhuǎn)電極的電壓偏轉(zhuǎn)電極的電壓U2、板間距、板間距d 、 板端到熒光屏的距離板端到熒光屏的距離L。求：電子射出偏轉(zhuǎn)電場時的偏向角正切值求：電子射出偏轉(zhuǎn)電場時的偏向角正切值tan及打及打到屏上電子的偏移量到屏上電子的偏移量y?。122tandUlU Lly 2tan LlydUlU 2212yyUKULldUly 21)2(2偏移量與偏移量與YY?偏偏轉(zhuǎn)電極的電壓轉(zhuǎn)電極的電壓U2成正比成正比3.原理原理

11、1 1）、如果在電極）、如果在電極XXXX之間不加電壓，而在之間不加電壓，而在YYYY之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使Y Y的電勢比的電勢比YY高，高，電子將打在熒光屏的什么位置？電子將打在熒光屏的什么位置？電子沿電子沿Y Y方方向向向上向上偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理2 2）、如果在電極）、如果在電極XXXX之間不加電壓，而在之間不加電壓，而在YYYY之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使YY的電勢比的電勢比Y Y高，高，電子將打在熒光屏的什么位置？電子將打在熒光屏的什么位置？電子沿電子沿Y Y方方向向向下向下偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理3 3）、）、如果在電極如果

12、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，電高，電子將打在熒光屏的什么位置？子將打在熒光屏的什么位置？電子沿電子沿X X方方向向向里向里偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理4 4）、）、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，電高，電子將打在熒光屏的什么位置？子將打在熒光屏的什么位置？電子沿電子沿X X方方向向向外向外偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理5 5）、如果在電極）、如果在電極XXXX之間不加電壓，但在之間不加電壓，但在Y

13、YYY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，在熒光屏上會看到什么圖形？上會看到什么圖形？0tt0tt1 1電子沿電子沿Y Y方向方向向上向上偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理6 6）、如果在電極）、如果在電極XXXX之間不加電壓，但在之間不加電壓，但在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，在熒光屏，在熒光屏上會看到什么圖形？上會看到什么圖形？t t1 1tttt2 2電子沿電子沿Y Y方向方向向下向下偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理7 7）、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交變電壓壓，同時在，同時在XXXX之

14、間加之間加不變電壓不變電壓，使，使X X的電的電勢比勢比XX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？0tt0tt1 1電子沿電子沿Y Y方向方向向上向上偏，沿偏，沿X X方向方向向里向里偏偏四、示波器的原理四、示波器的原理8 8）、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交變電壓壓，同時在，同時在XXXX之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使X X的電的電勢比勢比XX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？t t1 1tttt2 2電子沿電子沿Y Y方向方向向下向下偏，沿偏，沿X X方向方向向里向里偏偏四、示波器的原理四、示波器的原理8

15、 8）、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交變電壓壓，同時在，同時在XXXX之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使XX的的電勢比電勢比X 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 Y方向方向向向上向下上向下偏，沿偏，沿X X方向方向向外向外偏偏四、示波器的原理四、示波器的原理1010）、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交變電壓電壓，同時在，同時在XXXX之間加之間加鋸齒形掃描電壓鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？在熒光屏上會看到什么圖形？XYOA B CD E FA B CD E FABOCt1D