《帶電粒子在電場中的運動》上課課件

1、帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動3、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運動狀態(tài)來判定示或運動狀態(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、帶電的、帶電的基本粒子基本粒子：如電子，質(zhì)子，：如電子，質(zhì)子，粒子，正負粒子，正負離子等。這些粒子所受重力和電場力相比在小得多，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。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、帶電微粒帶電微粒

2、：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有：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。帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動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(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)1.平衡平衡（F合合=0）2.勻變速勻變速運動運動（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帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動、動力學(xué)方法：、動力學(xué)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A AB BU Ud dE E+F

3、Fv由牛頓第二定律：由牛頓第二定律：mFa mqEmdqU由運動學(xué)公式：由運動學(xué)公式：adv202adv2mqU2mqUv2初速度初速度不不為零為零呢？呢？只適用于只適用于勻強電場勻強電場帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動2 2、動能定理：、動能定理： A AB BU Ud dE E+v由動能定理：由動能定理：0212mvWqUW 又221mvqU mqUv2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帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動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

4、UABAB100V100V，一個質(zhì)量為，一個質(zhì)量為m=m=2.02.01010-12-12kgkg、電量為電量為q=q=-5.0-5.01010-8-8C C的帶電粒子，以初速度的帶電粒子，以初速度v0 = =3.03.010103 3m/sm/s由由A A點運動到點運動到B B點，求粒子到達點，求粒子到達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 A-v0B BABABqUW2022121mvmvWAB202vmqUvABsm/10232022121mvmvqUABq為為負負帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動 例與練例與練mgmgmgmgqEqE對

5、全過程由動能定理：對全過程由動能定理：0)(qUdhmgqdhmgU/ )( qddhmgdUE)( 帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)A AB 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(zhì)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(cè)向位移 y=？ 帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動二、帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)二、帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn) ld+- - - - - -

6、- - - - - + + + + + + + + + + +Uv0q、m帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動二、帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)二、帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn) ld+- - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + +Uv0q、mF+vv0vyy偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角側(cè)移側(cè)移帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動二、帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)二、帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)mFa mqEmdqU0vlt 221aty dmvqUl2022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

7、場的屬性與電場的屬性U、l、d有關(guān)有關(guān)帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動二、帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)二、帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)mFa mqEmdqU0vlt atvydmvqUl0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(guān)有關(guān)0tanvvydmvqUl20類平拋運動類平拋運動帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動 例與練例與練dmvqUly2022dmvqUl20tantanyx dmvqUldmvqUl2020222lx帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動+-v vv v0 0v

8、vy yy+_U1U2v v0 0 L LmqUv102122202242dULUvLmdqUy12202tandULUmdvLqU-qm三、三、 先加速再偏轉(zhuǎn)先加速再偏轉(zhuǎn)帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動1212、如圖所示，有一電子、如圖所示，有一電子( (電量為電量為e e、質(zhì)量為、質(zhì)量為m)m)經(jīng)電壓經(jīng)電壓U U0 0加速后，沿平行金屬板加速后，沿平行金屬板A A、B B中中心線進入兩板，心線進入兩板，A A、B B板間距為板間距為d d、長度為、長度為L L， A A、B B板間電壓為板間電壓為U U，屏，屏CDCD足夠大，距離足夠大，距離A A、B B板右邊緣板右邊緣2L2

9、L，ABAB板的中心線過屏板的中心線過屏CDCD的中的中心且與屏心且與屏CDCD垂直。試求電子束打在屏上的垂直。試求電子束打在屏上的位置到屏中心間的距離。位置到屏中心間的距離。 例與練例與練四、四、 先加速再偏轉(zhuǎn)，再勻速先加速再偏轉(zhuǎn)，再勻速帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動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)22(llydUUl0245 y對加速過程由動能定理：對加速過程由動能定理：20021mveU 0202eUmvdUUl02tan帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動1313、質(zhì)量為、質(zhì)量為1 11010-2

10、5-25kgkg、電量為、電量為1 11010-16-16C C的帶電粒子以的帶電粒子以2 210106 6m/sm/s速度從水平放置的速度從水平放置的平行金屬板平行金屬板A A、B 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L L10cm10cm，間距，間距d d2cm2cm，當，當ABAB間電壓在間電壓在 范圍內(nèi)時，范圍內(nèi)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+ + + + + - - - - - 帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動v0+ + + + + - - - - - 2d2/ ltanlddmvqU

11、l202220qldmvU V160析與解析與解對偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：對偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：2/2/ld或?qū)ζD(zhuǎn)過程由側(cè)移公式：或?qū)ζD(zhuǎn)過程由側(cè)移公式：ydmvqUl20222d2220qldmvU V160帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動1414、初速度為、初速度為2 210107 7m/sm/s的電子沿平行金的電子沿平行金屬板間的中心線射入板中，板長為屬板間的中心線射入板中，板長為30cm30cm，相距為相距為4cm4cm，在兩板間加上如圖所示的，在兩板間加上如圖所示的正弦正弦交變電壓交變電壓。已知電子的質(zhì)量為。已知電子的質(zhì)量為9 91010-31-31KgKg，電

12、量為電量為1.61.61010-19-19C C，不計電子重力，求：，不計電子重力，求：要使所有的電子都能離開電場，圖中電壓的要使所有的電子都能離開電場，圖中電壓的最大值最大值U U0 0需滿足什么條件？需滿足什么條件？例與練例與練帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動可認為在可認為在t t時間時間內(nèi)內(nèi)電場電場不變不變設(shè)電子在兩板間的運動時間為設(shè)電子在兩板間的運動時間為tsvlt80105 . 1st02. 0設(shè)電子在偏轉(zhuǎn)電壓為設(shè)電子在偏轉(zhuǎn)電壓為U U0 0時進入板間時進入板間222020ddmvleUy22200eldmvU V40析與解析與解帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運

13、動 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，在時，在兩板間便可獲得兩板間便可獲得交變電場交變電場。此類電場從空間看是勻。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。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(guān)鍵關(guān)鍵是根據(jù)電場變化的特點，正確地判斷粒子的運動情是

14、根據(jù)電場變化的特點，正確地判斷粒子的運動情況。況。 當帶電粒子通過電場的時間遠遠小于電場變化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。的周期時，可認為電場強度的大小、方向都不變。小小 結(jié)結(jié)帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動三、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 Y方向方向偏移偏移使電子沿使電子沿x x方向方向偏移偏移帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動三、示波管的原理三、示波管的原理1 1、如果在電極、如果在電極XXXX之間

15、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，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 Y方方向向向上向上偏移偏移帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動三、示波管的原理三、示波管的原理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YY的電勢比的電勢比Y 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 Y方方向向向下向下偏移偏移帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動三、示波管的原理三、示

16、波管的原理1 1、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，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 YYYY之間不加電壓，但在之間不加電壓，但在XXXX之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使X X的電勢比的電勢比XX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帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動三、示波管的原理三、示波管的原理1 1、如果在電極、如果在電極XXXX之間不加電壓，但在之間不

17、加電壓，但在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，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 YYYY之間不加電壓，但在之間不加電壓，但在XXXX之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使XX的電勢比的電勢比X 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帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動三、示波管的原理三、示波管的原理2 2、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

18、熒光屏上會，在熒光屏上會看到什么圖形？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帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動三、示波管的原理三、示波管的原理2 2、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，在熒光屏上會，在熒光屏上會看到什么圖形？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帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動三、示波管的原理三、示波管的原理3 3、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

19、時在同時在XXXX之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使X X的電勢比的電勢比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帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動三、示波管的原理三、示波管的原理3 3、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的電勢比的電勢比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

20、 X方向方向向里向里偏偏帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動三、示波管的原理三、示波管的原理3 3、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，同時在同時在XXXX之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使XX的電勢的電勢比比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帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動三、示波管的原理三、示波管的原理4 4、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，同時在同時在XXXX之間加之間加鋸齒形掃描

21、電壓鋸齒形掃描電壓，在熒，在熒光屏上會看到什么圖形？光屏上會看到什么圖形？XYOA B CD E FA B CD E FABOCt1DEFt2帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動1515、如圖所示的示波管，如果在、如圖所示的示波管，如果在YYYY之間加如圖之間加如圖所示的所示的交變電壓交變電壓，同時在，同時在XXXX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 X的電勢比的電勢比XX高，在熒光屏上會高，在熒光屏上會看到什么圖形？看到什么圖形？例與練例與練UxtOt1t2帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動1515、如圖所示的示波管，如果在、如圖所示的示波管，如果在YYYY之間加如圖之間加如圖所示的所示的交變電壓交變