带电粒子在电场中的应用ppt课件

1、第一章第一章 静电场静电场北晨学校北晨学校 丁建才丁建才一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速 带电粒子在电场中要遭到电场力的作用，带电粒子在电场中要遭到电场力的作用，产生加速度，速度的大小和方向都会发生变化。产生加速度，速度的大小和方向都会发生变化。在现代科学实验和技术设备中，经常根据这个在现代科学实验和技术设备中，经常根据这个道理，利用电场来改动或控制带电粒子的运动。道理，利用电场来改动或控制带电粒子的运动。下面讨论两种最简单的情况：一是利用电场使下面讨论两种最简单的情况：一是利用电场使带电粒子加速，一是利用电场使带电粒子偏转。带电粒子加速，一是利用电场使带电粒子偏转。 下面我们先来引见一下

2、如何利用电场使带下面我们先来引见一下如何利用电场使带电粒子加速。电粒子加速。 如左图所示，如左图所示，在真空中有一对平在真空中有一对平行金属板，两板间行金属板，两板间加以电压加以电压U。两板。两板间有一个带正电荷间有一个带正电荷q的带电粒子，它的带电粒子，它在电场力的作用下，在电场力的作用下，由静止开场从正极由静止开场从正极板向负极板运动，板向负极板运动，到达负极板时的速到达负极板时的速度有多大？度有多大？Uq+-带电粒子的加速带电粒子的加速 我们知道，两平行金属板间的电场是匀强我们知道，两平行金属板间的电场是匀强电场。假设两极板是其他外形，中间的电场不电场。假设两极板是其他外形，中间的电场不

3、是匀强电场，上式同样适用。为什么？阐明是匀强电场，上式同样适用。为什么？阐明理由。理由。 带电粒子在运动过程中，电场力所做的功带电粒子在运动过程中，电场力所做的功W=qU。设带电粒子到达负极板时的动能。设带电粒子到达负极板时的动能 ，由动能定理可知，由动能定理可知，由此可求出由此可求出221mvEk221mvqU mqUv2 带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，遭到电场力与运动方向在同不断线上，电场，遭到电场力与运动方向在同不断线上，做加减速直线运动。做加减速直线运动。1、运动形状分析、运动形状分析2、用功能观念分析、用功能观念分析 粒子只受电场力作用

4、，运动变化量等于电粒子只受电场力作用，运动变化量等于电势能的变化量。势能的变化量。221mvqU 初速度为零时初速度为零时2022121mvmvqU初速度不为零时初速度不为零时 如右图所示，在真空如右图所示，在真空中程度放置一对金属板中程度放置一对金属板X和和Y，板间间隔为，板间间隔为d。在两板。在两板间加以电压间加以电压U，两板间的匀，两板间的匀强电场的场强为强电场的场强为E=U/d。现。现有一电荷量为有一电荷量为q的带电粒子的带电粒子以程度速度以程度速度v0射入电场中，射入电场中，带电粒子遭到竖直方向的电带电粒子遭到竖直方向的电场力场力F=qE，因此在电场中，因此在电场中发生偏转。发生偏转

5、。留意：以上公式适用于一切电场留意：以上公式适用于一切电场包括匀强电场和非匀强电场。包括匀强电场和非匀强电场。二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转+ + + + + +- - -dl 带电粒子以速度带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场时，遭到恒定入两带电平行板产生的匀强电场时，遭到恒定的与初速度方向成九十度角的电场力作用而做的与初速度方向成九十度角的电场力作用而做匀变速曲线运动轨迹为抛物线。匀变速曲线运动轨迹为抛物线。1、运动形状分析、运动形状分析2、偏转运动的分析处置方法、偏转运动的分析处置方法 用类似平抛运动分析方法用类似平抛运动分析方法 1沿

6、初速度方向为速度为沿初速度方向为速度为v0的匀速直的匀速直线运动；线运动； 2沿电场力方向为初速度为零的匀加沿电场力方向为初速度为零的匀加速运动。速运动。3、根本公式、根本公式1加速度：加速度：mdqUmqEmFa2运动时间：运动时间：0vlt 3分开电场的偏转量：分开电场的偏转量：202202222121mdvqUlmvqElaty4偏转量：偏转量：200mdvqUlvvtgy 下面我们来研讨一下带电粒子在电场中运下面我们来研讨一下带电粒子在电场中运动时它的重力能否可忽略不计。动时它的重力能否可忽略不计。 1根本粒子：如电子、质子、根本粒子：如电子、质子、 粒子、粒子、离子等粒子有阐明或有明

7、确暗示以外普通都可离子等粒子有阐明或有明确暗示以外普通都可忽略不计。忽略不计。 2带电颗粒：如尘埃、液滴、小球等。带电颗粒：如尘埃、液滴、小球等。除有有阐明或有明确暗示以外普通不能忽略。除有有阐明或有明确暗示以外普通不能忽略。三、示波管的原理三、示波管的原理 有一种电子仪器叫做示波管，可以用来察看有一种电子仪器叫做示波管，可以用来察看电信号随时间变化的情况，在学生实验中要练习电信号随时间变化的情况，在学生实验中要练习运用它。示波管的中心部件是示波管，它由电子运用它。示波管的中心部件是示波管，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。下面我们看一下示

8、波管的原理图。下面我们看一下示波管的原理图。 假设在偏转电极假设在偏转电极 和偏转电极和偏转电极 上都上都没有加电压电子束从金属板小孔射出后将沿直线没有加电压电子束从金属板小孔射出后将沿直线传播，打在荧光屏上，在那里产生一个亮斑。传播，打在荧光屏上，在那里产生一个亮斑。XX YY 任务原理任务原理电子枪只是用来发射和加速电子，在电子枪只是用来发射和加速电子，在 、都没加电压时，在荧光屏中心处产生一个亮斑。假都没加电压时，在荧光屏中心处产生一个亮斑。假设只在设只在 加正选变化电压加正选变化电压 时，荧光时，荧光屏上亮点的运动是竖直方向的简谐运动，在荧光屏屏上亮点的运动是竖直方向的简谐运动，在荧光

9、屏上看到一条竖直方向的亮线。假设只在上看到一条竖直方向的亮线。假设只在 加上跟加上跟时间成正比的锯齿形电压称扫描电压时，荧光时间成正比的锯齿形电压称扫描电压时，荧光屏上的亮点的运动是不断反复从做到右的匀速直线屏上的亮点的运动是不断反复从做到右的匀速直线运动，在荧光屏上看到一条程度方向的亮线。假好运动，在荧光屏上看到一条程度方向的亮线。假好像时在像时在 加扫描电压、加扫描电压、 加同周期的正选变化加同周期的正选变化电压，荧光屏亮点同时参与程度方向匀速直线运动、电压，荧光屏亮点同时参与程度方向匀速直线运动、竖直方向简谐运动，在荧光屏上看到的曲线为一个竖直方向简谐运动，在荧光屏上看到的曲线为一个完好

10、的正选波形。完好的正选波形。XX YY YY tUUmsinXX XX YY 课堂小结课堂小结带电粒子在电场中的速度公式：带电粒子在电场中的速度公式： 利用电场来改动或控制带电粒子的运动。下利用电场来改动或控制带电粒子的运动。下面讨论两种最简单的情况：一是利用电场使带电面讨论两种最简单的情况：一是利用电场使带电粒子加速，一是利用电场使带电粒子偏转。粒子加速，一是利用电场使带电粒子偏转。一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速mqUv2 带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，遭到电场力与运动方向在同不断线上，做加场，遭到电场力与运动方向在同不断线上，做加减速

11、直线运动。减速直线运动。221mvqU 初速度为零时初速度为零时2022121mvmvqU初速度不为零时初速度不为零时留意：以上公式适用于一切电场留意：以上公式适用于一切电场包括匀强电场和非匀强电场。包括匀强电场和非匀强电场。 带电粒子以速度带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场时，遭到恒定的两带电平行板产生的匀强电场时，遭到恒定的与初速度方向成九十度角的电场力作用而做匀与初速度方向成九十度角的电场力作用而做匀变速曲线运动轨迹为抛物线。变速曲线运动轨迹为抛物线。二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转1加速度：加速度：mdqUmqEmFa2运动时间：运

12、动时间：0vlt 3分开电场的偏转量：分开电场的偏转量：202202222121mdvqUlmvqElaty4偏转量：偏转量：200mdvqUlvvtgy三、示波管的原理三、示波管的原理 示波管的中心部件是示波管，它由电示波管的中心部件是示波管，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。真空。 1. 1.有一束正离子，以一样速率从同一位置有一束正离子，以一样速率从同一位置进入带电平行板电容器的匀强电场中，一切离子进入带电平行板电容器的匀强电场中，一切离子运动轨迹一样，阐明一切离子运动轨迹一样，阐明一切离子 A A具有一样质量具有一样质量 B B具有一样

13、电荷量具有一样电荷量 C C具有一样的比荷具有一样的比荷 D D属于同一元素的同位素属于同一元素的同位素 课堂练习课堂练习C 2.如图是一个阐明示波管任务的原理图，电如图是一个阐明示波管任务的原理图，电子经加速电场加速电压为子经加速电场加速电压为U1加速后垂直进加速后垂直进入偏转电场，分开偏转电场时偏转量是入偏转电场，分开偏转电场时偏转量是h，两平，两平行板间的间隔为行板间的间隔为d，电压为，电压为U2，板长为，板长为l，每单，每单位电压引起的偏移位电压引起的偏移 ，叫做示波管的灵敏度，为，叫做示波管的灵敏度，为了提高灵敏度，可采用以下哪些方法了提高灵敏度，可采用以下哪些方法 A增大增大U2

14、B减小减小l C减小减小d D增大增大U1C 3.一个有初速的、电量为一个有初速的、电量为+4108C为为的带电粒子，在电场中只受电场力作用，从的带电粒子，在电场中只受电场力作用，从A点运动到点运动到B点的过程中，抑制电场力做了点的过程中，抑制电场力做了8105J的功。那么的功。那么A、B两点的电势差两点的电势差 =_，在此过程中，电荷的动能，在此过程中，电荷的动能_填填“添加或添加或“减少了减少了_ev.甲甲乙乙abcdQ下题图下题图-2000V减少减少14100 . 5 4.如下图，虚线表示某点电荷如下图，虚线表示某点电荷Q所激发电场所激发电场的等势面，知的等势面，知a、b 两点在同一等势

15、面上，两点在同一等势面上，c、d两点在另一个两点在另一个等势面上。甲、乙两个带等势面上。甲、乙两个带 电粒子以一样的速率，沿不同的方向从同一电粒子以一样的速率，沿不同的方向从同一点点a射入电场，在电场射入电场，在电场 中沿不同的轨迹中沿不同的轨迹adb曲线、曲线、acb曲线运动。曲线运动。那么两粒子所带的电荷符那么两粒子所带的电荷符 号号_填填“不同或不同或“一样；经一样；经过过b点时，两粒子的速率点时，两粒子的速率va vb填填“、 “= 或或“NoImage不同不同= 5.一束初速不计的电子流在经一束初速不计的电子流在经U =5000V的的加速电压加速后，在距两极板等距处垂直进入加速电压加

16、速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如下图，假设板间间隔平行板间的匀强电场，如下图，假设板间间隔d =1.0cm，板长，板长l =5.0cm，那么，要使电子能，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？压？ 解析：在加速电压一定时，偏转电压解析：在加速电压一定时，偏转电压U越大，电子在极板间的偏转间隔就越大。当偏越大，电子在极板间的偏转间隔就越大。当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出，转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出，此时的偏转电压，即为标题要求的最大电压。此时的偏转电压，即为标题要求的最大电压。加速过程，由动能定理得：加速