帶電粒子在電場中運動

關(guān)于帶電粒子在電場中運動第1頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三研究運動前的”熱身”1、帶電粒子在電場中要受到哪些力的作用？帶電粒子在電場中通常要受到重力和電場力2、何時考慮帶電粒子的重力？（1）、基本粒子——物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)中的基本粒子。常見：質(zhì)子、電子、α粒子、離子等除有說明或明確的暗示以外，常常忽略其重力。（2）帶電顆粒常見：帶電油滴、帶電塵埃、帶電小球等除有說明或明確的暗示以外，其重力一般不能忽略。第2頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三3、帶電粒子在電場中運動時，電場力對粒子的運動有什么效果？

帶電粒子在電場中運動時，所受電場力對粒子產(chǎn)生加速度，改變粒子的速度。電場力（合外力）對粒子做功，改變粒子的動能。

4、帶電粒子在勻強電場中運動時，運動有什么特點?

帶電粒子在均強電場中運動時，所受電場力是恒力,產(chǎn)生恒定的加速度，所以帶電粒子在均強電場中的運動跟物體在重力場中的自由落體和拋體運動相似.第3頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三研究帶電粒子運動的主要工具：電場力加速度電場力的功動能定理F=qEa=F/mW=qU第4頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三方法1：從動力學(xué)和運動學(xué)角度分析粒子被加速動力學(xué)：F=qEa=F/m運動學(xué)：U+-mqd一、帶電粒子的加速：第5頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三方法２：從做功和能量的角度分析粒子被加速１)粒子只受到電場力做功＝0思考：如果不是勻強電場，上面公式是否適用？U+-dq≠

0顯然，用功能關(guān)系解題簡便??！第6頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三

電荷量為e的電子從金屬絲移動到金屬板。兩處的電勢差為U，電勢能變化（減少）為eU.電勢能的變化全部轉(zhuǎn)化為電子的動能。解：所以第7頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三求解帶電體在電場中運動的二條思路:1.從動力學(xué)的角度:可利用牛頓運動定律和運動學(xué)的知識2.從能量的角度:可利用動能定理和能量守恒定律

結(jié)論：由于電場力做功與場強是否勻強無關(guān)，與運動路徑也無關(guān)，所以在處理電場對帶電粒子的加速問題時，一般都是利用動能定理進(jìn)行處理。第8頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三練習(xí)：帶負(fù)電的小球靜止在水平放置的平行板電容器兩板間，距下板h=0.8cm,兩板間的電勢差為300V,如果兩板間電勢差減小到60V,求帶電小球運動到極板上時的速度?+_dh討論:求帶電小球運動到極板上的時間?第9頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)沿初速度方向：速度為v0的勻速直線運動沿電場力方向：初速為零的勻加速直線運動1、運動狀態(tài)：

帶電粒子以初速度v0垂直于電場線方向飛入兩帶電平行板產(chǎn)生的勻強電場,受到恒定的與初速度方向垂直的電場力的作用而做勻變速曲線運動，軌跡為拋物線。2、研究方法：運動的合成和分解（類平拋運動）第10頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三不計重力，初速度垂直于電場方向飛入勻強電場１）粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運動２）粒子在與電場平行的方向上做初速度為零的勻加速運動

類平拋運動的分析方法

l++++++-------qvv0vyydＵX=v0tt==vy=aty=v0Fα

=tanα

ss離開電場時偏移量:離開電場時偏轉(zhuǎn)角:在電場中飛行時間:第11頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三t==vy=aty==tanθ

解：代入數(shù)據(jù)得y

=0.36㎝代入數(shù)據(jù)得θ=6.80第12頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三結(jié)論：帶電粒子初速度垂直于電場方向飛入勻強電場的問題就是一個類平拋的問題?！锪Ｗ釉谂c電場垂直的方向上做勻速直線運動★粒子在與電場平行的方向上做初速為零的勻加速運動

下面看看加速和偏轉(zhuǎn)一體的問題第13頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三例:離子發(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為m，電荷量為q的負(fù)離子，從靜止經(jīng)加速電壓U1

加速后，獲得速度，并沿垂直于電場線方向射入兩平行板中央，受偏轉(zhuǎn)電壓U2作用后，以速度Ｖ離開場，已知平行板長為Ｌ，兩板間距離為d，求：1）離子在偏轉(zhuǎn)電場中運動的時間、加速度、速度Ｖ的大小；2）離子在離開偏轉(zhuǎn)電場的橫向偏移量和偏轉(zhuǎn)角的正切值。

l++++++------u1dv0第14頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三解：由動能定理得到即=v0t==a=vy=at˙

vvy

l++++++-------qv0Fu1v0Ｖ第15頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三

l++++++-------qyv0Fα

u1vyv0at=

速度偏轉(zhuǎn)角的正切值：tanα

=˙

v0=vy偏轉(zhuǎn)量和帶電粒子q、m無關(guān)，只取決于加速場和偏轉(zhuǎn)場偏轉(zhuǎn)角和帶電粒子q、m無關(guān)，只取決于加速場和偏轉(zhuǎn)場第16頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三思考題：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。答案：通過加速電場時獲得的動能Ek=qU,加速電壓相同，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)電場決定，所以三種粒子不可能分開為三股。第17頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三三、示波管的原理構(gòu)造:由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成。管內(nèi)抽成真空。第18頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三鞏固:推出偏移y’的表達(dá)式y(tǒng)’yLl/2第19頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三t/sU0－U0鋸齒形電壓:u/v第20頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三課堂小結(jié)：一、利用電場使帶電粒子加速二、利用電場使帶電粒子偏轉(zhuǎn)從動力學(xué)和運動學(xué)角度分析從做功和能量的角度分析類似平拋運動的分析方法粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運動粒子在與電場平行的方向上做初速度為零的勻加速運動

第21頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三鞏固練習(xí)1、如圖所示，有三個質(zhì)量相同,分別帶有正電、負(fù)電和不帶電的微粒,從極板的左側(cè)中央以相同的初速度先后垂直射入,分別落在正極板的A、B、C三處。則:A.微粒A帶正電,B不帶電,C帶負(fù)電B.三個微粒在電場中的運動時間相等C.三個微粒在電場中加速度aA<aB<aCD.三個微粒到達(dá)正極板時的動能EKA>EKB>EKCCBAvo_+第22頁，講稿共24頁，2023年5月2日，星期三2、一束