第九節(jié)帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng).ppt

1、帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng),一、帶電粒子的重力是否忽略,（1）基本粒子：,如：質(zhì)子、電子、粒子、離子等除有特別說明外，否則不予考慮重力即忽略重力。,（2）帶電顆粒：,如油滴，液滴，塵埃，小球等除有說明或明確的暗示外，一般不能忽略重力。,物體在恒力作用下可能做什么運(yùn)動(dòng)？舉例說明。,想一想,（1）勻變速直線運(yùn)動(dòng)： 如自由落體運(yùn)動(dòng)，豎直上拋運(yùn)動(dòng),勻變速曲線運(yùn)動(dòng)： 如平拋運(yùn)動(dòng)，斜拋運(yùn)動(dòng),想 一 想?,帶電粒子處于勻強(qiáng)電場中時(shí)，在只受電場力作用下，會(huì)出現(xiàn)哪些運(yùn)動(dòng)情形?,會(huì)不會(huì)處于靜止?fàn)顟B(tài)?,是勻速運(yùn)動(dòng)還是變速運(yùn)動(dòng)?,是否一定是勻變速運(yùn)動(dòng)?為什么?,是直線運(yùn)動(dòng),還是曲線運(yùn)動(dòng)?,帶電粒子處于勻強(qiáng)電場中時(shí)既可能做

2、直線運(yùn)動(dòng),又可能做曲線運(yùn)動(dòng),但都是勻變速運(yùn)動(dòng),二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場的加速,結(jié)論,在勻強(qiáng)電場中，讓帶電粒子的速度方向和所受電場力的方向_或者初速度為零，粒子就會(huì)在電場力作用下做_,相同,加速直線運(yùn)動(dòng),算 算,如圖所示，在真空中有一對(duì)平行金屬板，兩板間加以電壓U。兩板間有一帶正電荷q的帶電粒子。它在電場力的作用下，由靜止開始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng)，到達(dá)負(fù)板時(shí)的速度有多大？(不考慮粒子的重力）,二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場的加速,1、受力分析:,水平向右的電場力 FEq=qU/d,2、運(yùn)動(dòng)分析:,初速度為零，加速度為a=qU/md的向右勻加速直線運(yùn)動(dòng)。,解法一運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解,解法二運(yùn)用能量知識(shí)求解,若

3、初速度不為0呢？,思考題,如果兩極板間不是勻強(qiáng)電場該用何種方法求解？為什么？,由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無關(guān)，第二種方法仍適用！,所以,三、帶電粒子的偏轉(zhuǎn),如圖帶電粒子以初速度V0垂直電場線射入勻強(qiáng)電場中(粒子電性為負(fù))不計(jì)重力,粒子將如何運(yùn)動(dòng)?,將做曲線運(yùn)動(dòng),問題1 我們通常是采用什么方法來研究曲線運(yùn)動(dòng)？,問題2 將這個(gè)曲線運(yùn)動(dòng)向哪兩個(gè)方向分解？分別是什么分運(yùn)動(dòng)？,垂直電場方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),平行電場方向做初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),類 似 于 平 拋 運(yùn) 動(dòng),應(yīng)用運(yùn)動(dòng)的合成和分解知識(shí)進(jìn)行處理,三、帶電粒子的偏轉(zhuǎn),1、受力分析：粒子受到豎直向下的電場力FEq=qU/d。,2

4、、運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析:粒子作類平拋運(yùn)動(dòng)。,x方向：勻速直線運(yùn)動(dòng) Y方向：加速度為 的 勻加速直線運(yùn)動(dòng)。,3、x方向,4、y方向,5、離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度的正切：,例題1.試證明：帶電粒子垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，離開電場時(shí)就好象是從初速度所在直線的中點(diǎn)沿直線離開電場的。,x,帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)相關(guān)公式的思考,側(cè)移：,不要死記公式，要清楚物理過程。根據(jù)不同的已知條件，改用不同的表達(dá)形式（已知初速度、初動(dòng)能或加速電壓等）。,偏角：,注意到 ,說明穿出時(shí)刻的末速度的反向延長線與初速度延長線交點(diǎn)恰好在水平位移的中點(diǎn)。這一點(diǎn)和平拋運(yùn)動(dòng)的結(jié)論相同。,穿越電場過程的動(dòng)能增量： Ek=Eqy （注意，一般來說不等于

5、qU）,讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物由靜止開始經(jīng)過同一加速電場加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場里偏轉(zhuǎn)，它們是否會(huì)分為三股？請(qǐng)說明理由。,課后習(xí)題思考：,比較離子在偏轉(zhuǎn)電場的側(cè)移距離y,如果 y互不相同,如果 y 相同,會(huì)分為三股,不會(huì)分為三股,比較離子是否以相同偏角 射出,如果互不相同,會(huì)分為三股,如果 相同,不會(huì)分為三股,總結(jié) 偏轉(zhuǎn)距離，偏轉(zhuǎn)角度，由加速電壓和偏轉(zhuǎn)電 壓共同決定,讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物由靜止開始經(jīng)過同一加速電場加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場里偏轉(zhuǎn)，它們是否會(huì)分為三股？請(qǐng)說明理由。,課后習(xí)題思考：,答案：不會(huì)分為三股。,課堂小結(jié)：,一、利用電場使帶電粒子

6、加速,二、利用電場使帶電粒子偏轉(zhuǎn),從動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析,從做功和能量的角度分析,類似平拋運(yùn)動(dòng)的分析方法,粒子在與電場垂直的方向上做 勻速直線運(yùn)動(dòng),粒子在與電場平行的方向上做 初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng),1、如圖所示，A、B為平行金屬板電容器，兩板間的距離為d，在A板的缺口的正上方距離為h的P處，有一質(zhì)量為m、帶電量為+q的液滴由靜止開始自由落下，若要使液滴不落在B板上，兩板間場強(qiáng)至少為多大？兩板間的電壓U至少為多大？,例與練,mg,mg,qE,對(duì)全過程由動(dòng)能定理：,2.如圖，電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始加速，然后射入電勢差為U2的兩塊平行極板間的電場中，入射方向跟極板平行。整個(gè)裝置

7、處在真空中，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)角變大的是 （ ） A、U1變大、U2變大 B、U1變小、U2變大 C、U1變大、U2變小 D、U1變小、U2變小,例與練,B,3.如圖所示，二價(jià)氦離子和質(zhì)子的混合體，經(jīng)同一加速電場加速后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，偏轉(zhuǎn)后，打在同一熒光屏上，則它們（ ） A、側(cè)移相同 B、偏轉(zhuǎn)角相同 C、到達(dá)屏上同一點(diǎn) D、到達(dá)屏上不同點(diǎn),例與練,與粒子的電量q、質(zhì)量m無關(guān),ABC,4.初速度為2107m/s的電子沿平行金屬板間的中心線射入板中，板長為30cm，相距為4cm，在兩板間加上如圖所示的正弦交變電壓。條件？已知

8、電子的質(zhì)量為910-31Kg，電量為1.610-19C，不計(jì)電子重力，求：要使所有的電子都能離開電場，圖中電壓的最大值U0需滿足什么,可認(rèn)為在t時(shí)間內(nèi)電場不變,設(shè)電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t,設(shè)電子在偏轉(zhuǎn)電壓為U0時(shí)進(jìn)入板間,析與解,5.如圖，水平放置的兩平行金屬板，板長為l、板間距為d，一 束電子以v0的初速度從兩板中央水平射入板間，然后從板間飛出射 到距板L、寬D 的熒光屏上（熒光屏中點(diǎn)在兩板中垂線上）。 電子飛入兩板前所經(jīng)歷的加速電場的電壓多大？ 為了使電子能射至熒光屏上，求圖中D應(yīng)滿足的條件？ 為了使電子能射至熒光屏上，求偏轉(zhuǎn)電壓UAB的范圍？,解：設(shè)加速電壓為U1，則,電子的最大偏移量

9、為d/2,O,得：,A,B,電子達(dá)到熒光屏邊緣 ，對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)電壓最大。,示波器的原理,示波器是一種用來觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的電子儀器。,核心部件：,由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空。,示波管,電子槍部分：,偏轉(zhuǎn)電極部分：,熒光屏部分：,發(fā)射出電子,使電子沿兩方向偏轉(zhuǎn),電子使熒光物質(zhì)受激而發(fā)光,三、示波管的原理,1.如果在電極XX之間不加電壓，而在YY之間加不變電壓，使Y的電勢比Y高，電子將打在熒光屏的什么位置？,電子沿Y方向向上偏移,三、示波管的原理,1.如果在電極XX之間不加電壓，而在YY之間加不變電壓，使Y的電勢比Y高，電子將打在熒光屏的什么位置？,電子沿Y方向向下偏移,示波器

10、原理,一維偏轉(zhuǎn),每一個(gè)電子,每個(gè)電子在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間很短,不同時(shí)刻進(jìn)入電場的電子,可認(rèn)為在電壓不變的勻強(qiáng)電場中偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)電壓不同.,若只在YY 間加持續(xù)變化的信號(hào)電壓呢?,屏上亮斑位置不同.即出現(xiàn)在Y軸的亮線,三、示波管的原理,2.如果在電極XX之間不加電壓，但在YY之間加如圖所示的交變電壓，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？,0tt1電子沿Y方向向上偏移,三、示波管的原理,2.如果在電極XX之間不加電壓，但在YY之間加如圖所示的交變電壓，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？,t1tt2電子沿Y方向向下偏移,三、示波管的原理,3.如果在YY之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在XX之間加不變電壓，使X的電勢比X高，在

11、熒光屏上會(huì)看到什么圖形？,0tt1電子沿Y方向向上偏，沿X方向向里偏,三、示波管的原理,3.如果在YY之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在XX之間加不變電壓，使X的電勢比X高，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？,o-t2電子沿Y方向向上向下偏，沿X方向向外偏,示波器就是利用兩組正交的偏轉(zhuǎn)極板，控制電子打在熒光屏上的位置。示意圖如右：兩組偏轉(zhuǎn)電極分別控制電子在水平、豎直方向的偏轉(zhuǎn)。一般在水平偏轉(zhuǎn)電極上加掃描電壓（從左向右周期性 掃描），在豎直偏轉(zhuǎn)電極上 加需要研究的信號(hào)。,若只在XX 間加持續(xù)變化的信號(hào)電壓呢?,勻速的、持續(xù)的掃描形成穩(wěn)定且水平的亮線,怎樣在熒光屏上顯示信號(hào)電壓的正弦波形？,三、示波管的原理,4.如果在YY之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在XX之間加鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？,X,Y,O,A,B,C,D,E,F,A,B,C,D,E,F,A,B,O,C