第九節(jié)帶電粒子的運動

第九節(jié)帶電粒子的運動第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三重點難點重點:帶電粒子在電場中的加速和偏轉規(guī)律難點:帶電粒子在電場中的偏轉問題及應用。應用：知道示波管的主要構造和工作原理。第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三++++++++________U帶電粒子的加速UE加速勻速勻速第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三_++++++_____勻速勻速加速(+q,m)加速后粒子的速度怎樣計算呢？由動能定理可得U當V0一定時，U越大，則V越大；U越小，V越小當U一定時，V0越大，則V越大；V0越小，V越小對某一粒子（m.q一定）由牛頓定律得：若在勻強電場中第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三單級加速---電子槍低壓電源加熱燈絲產生熱電子高壓＋－高壓電源產生加速電場原理：Uq=mv2/2－0第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三多級加速問題：如圖多級平行板連接，能否加速離子？U＋＋＋－－－ABCDEF第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三多級直線加速器示意圖U0u0-u0tT2TU~＋－第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三帶電粒子的偏轉v0ld++++++-------qφvv0v⊥φyl/2F運動狀態(tài)分析勻變速曲線運動（類平拋運動）分析方法沿初速度方向——勻速直線運動沿電場線方向——初速度為零的勻加速直線運動1.加速度:2.飛行時間3.側移距離4.偏角第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三求帶電粒子離開電場時速度的大小。方法2:根據(jù)動能定理求解方法1:根據(jù)速度合成求解注意加速電壓U*不一定是兩板的電壓不能求出方向第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三對粒子偏角的討論1.若不同的粒子是從靜止經過同一電場加速電壓U0加速后進入偏轉電場U,由動能定理有偏角大小與粒子q,m無關,即都相同2.將粒子飛出電場時的速度反向延長,交原運動方向于O點,O點距電場邊緣距離為x,則粒子從偏轉電場中射出時,好像從極板間l/2處沿直線射出似的第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三dl/2yv0-qvv0v⊥φφ++++++------lYXU熒光屏光斑U0若粒子是從靜止經過電場加速電壓U0加速后進入偏轉電場U發(fā)生側移y；離開電場后，打在熒光屏上行成光斑，光斑距熒光屏中心的距離Y。結合前面結論，推出y與Y的表達式第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三φdl/2yv0-qvv0v⊥φφ++++++------lYXU熒光屏光斑U0(1)(2)得出：第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三3．示波管的原理（1）示波器：用來觀察電信號隨時間變化的電子儀器。其核心部分是示波管（2）示波管的構造：由電子槍、偏轉電極和熒光屏組成（如圖）。（3）原理：利用了帶電粒子在電場中偏轉的規(guī)律，靈敏、直觀地顯示出電信號隨時間變化的圖線。第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三水平偏轉電極，加電壓如圖1，豎直偏轉電極加電壓如圖2，熒光屏上會出現(xiàn)什么圖形？UxtT2TtUyT2T1、只加Ux—t電壓2、只加Uy—t電壓3、同時加Ux—t電壓和Uy—t電壓思考：為什么叫做“示波器”第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三重點難點重點:帶電粒子在電場中的加速和偏轉規(guī)律難點:帶電粒子在電場中的偏轉問題及應用。應用：知道示波管的主要構造和工作原理。第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三研究方法小結：1、研究帶電粒子在電場中運動的兩條主要線索（1）力和運動的關系——牛頓第二定律（2）功和能的關系——動能定理2、研究帶電粒子在電場中運動的兩類重要的思維技巧（1）類比與等效電場力和重力都是恒力，在電場力作用下的運動可與重力作用下的運動類比---電場中的偏轉為類拋體運動（類平拋、類斜拋）（2）整體法(全過程法)電場力的功只與始末位置有關，從電荷運動的全過程中功能關系出發(fā)(尤其從靜止出發(fā)末速度為零的問題)往往能迅速找到解題入口或簡化計算．-----（使用動能定理解題時）第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三關于重力是否考慮的問題1、題目明確了重力不計或不能忽略重力的情況2、題目未明確的情況下:a)基本粒子(如電子、質子、離子等)重力一般忽略.b)帶電顆粒(如液滴、塵埃、小球等)重力一般不能忽略.討論:第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三綜合提高如圖所示,水平放置的A、B兩平行金屬板相距為d,現(xiàn)有質量為m,電量為-q的小球,從距A板高h處自由下落,通過小孔C進入電場,但沒能到達B板,求AB間電勢差的最小值.hdCBA解法一、[牛頓定律和運動學規(guī)律]第19頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三解法二、[運動學規(guī)律和動量定理法]小球自由落體時間由可得進入電場后的勻減速運動的時間由第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三解法三、（動能定理法）由W=ΔEK可列全過程的動能定理方程mg(h+d)-qUmin=0,Umin=mg(h+d)/q第21頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三例題2:一個電子以初速V0=3.0×106m/s沿著垂直于場強方向射入兩帶電平行金屬板，金屬板長L=6.0×10-2m，兩板之間可以看成是勻強電場，場強大小為E=2×103N/C，電子的電量e=1.6×10-19C，質量m=9.1×10-31kg，求:（1）電子射離電場時的速度；（2）出射點與入射點沿場強方向的側移距離。第22頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三[解析]法一：電子射入電場以后，受恒定的電場力作用，由于V0⊥F電，電子做類平拋運動。將電子的運動看成是沿X軸方向、速度為V0的勻速直線運動和沿電場力y方向、初速度為零的勻加速直線運動的合成。yV0XO如圖所示:第23頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三從電子射入電場到飛出電場，兩個方向的位移和加速度為{L=V0ty=at212a=eEm電子飛離電場時的速度為{Vx=V0Vy=atVt=√V2+(at)20代入數(shù)據(jù)y=7.0×10-2(m)代入數(shù)據(jù)Vt=7.62×106(m/s)tanα=VyV0代入數(shù)據(jù)tanα=2.33∴α=arctg2.33第24頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三法二：由F=eE=ma求出a，由L=V0t求出t，[總結]本題為典型的帶電粒子在電場中的偏轉問題，一般的處理方法是應用運動合成