第九节带电粒子在电场中的运动

第九节带电粒子在电场中的运动第1页，课件共42页，创作于2023年2月一、带电粒子的重力是否忽略（1）基本粒子：如：质子、电子、α粒子、离子等除有特别说明外，否则不予考虑重力即忽略重力。（2）带电颗粒：如油滴，液滴，尘埃，小球等除有说明或明确的暗示外，一般不能忽略重力。第2页，课件共42页，创作于2023年2月物体在恒力作用下可能做什么运动？举例说明。想一想（1）匀变速直线运动：

如自由落体运动，竖直上抛运动匀变速曲线运动：

如平抛运动，斜抛运动第3页，课件共42页，创作于2023年2月想一想?带电粒子处于匀强电场中时，在只受电场力作用下，会出现哪些运动情形?E会不会处于静止状态?是匀速运动还是变速运动?是否一定是匀变速运动?为什么?是直线运动,还是曲线运动?带电粒子处于匀强电场中时既可能做直线运动,又可能做曲线运动,但都是匀变速运动第4页，课件共42页，创作于2023年2月二、带电粒子在匀强电场的加速探究若使带电粒子在匀强电场中被加速但方向不变，应满足什么条件?qUm+_带电粒子的加速d结论在匀强电场中，让带电粒子的速度方向和所受电场力的方向_____或者初速度为零，粒子就会在电场力作用下做__________

相同加速直线运动第5页，课件共42页，创作于2023年2月算算如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U。两板间有一带正电荷q的带电粒子。它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？(不考虑粒子的重力）qUm+_带电粒子的加速d二、带电粒子在匀强电场的加速第6页，课件共42页，创作于2023年2月qUm+_带电粒子的加速d1、受力分析:

水平向右的电场力

F＝Eq=qU/dF2、运动分析:初速度为零，加速度为a=qU/md的向右匀加速直线运动。解法一运用运动学知识求解解法二运用能量知识求解若初速度不为0呢？第7页，课件共42页，创作于2023年2月思考题

如果两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？

由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法仍适用！第8页，课件共42页，创作于2023年2月所以第9页，课件共42页，创作于2023年2月第10页，课件共42页，创作于2023年2月三、带电粒子的偏转UL++++++------Y

dY′

v0q如图带电粒子以初速度V0垂直电场线射入匀强电场中(粒子电性为负)不计重力,粒子将如何运动?将做曲线运动第11页，课件共42页，创作于2023年2月问题1我们通常是采用什么方法来研究曲线运动？问题2将这个曲线运动向哪两个方向分解？分别是什么分运动？垂直电场方向做匀速直线运动平行电场方向做初速为零的匀加速直线运动类似于平抛运动应用运动的合成和分解知识进行处理第12页，课件共42页，创作于2023年2月三、带电粒子的偏转UL++++++------Y

dY′

如图所示，在真空中水平放置一对长为L的金属板Y和Y’，板间距离为d。在两板间加以电压U，一电荷量为q质量为m的带正电粒子从极板中央以水平速度v0射入电场。试分析带电粒子在电场中的运动情况。(不计粒子的重力)v0q第13页，课件共42页，创作于2023年2月1、受力分析：粒子受到竖直向下的电场力F＝Eq=qU/d。2、运动规律分析:粒子作类平抛运动。v++++++------v0Y

dUY′

qLx方向：匀速直线运动Y方向：加速度为

的匀加速直线运动。y

v0vy

vv0vyΦ

3、x方向

4、y方向

5、离开电场时的偏转角度的正切：F第14页，课件共42页，创作于2023年2月

例题1.试证明：带电粒子垂直进入偏转电场，离开电场时就好象是从初速度所在直线的中点沿直线离开电场的。

θx第15页，课件共42页，创作于2023年2月带电粒子在匀强电场中的偏转相关公式的思考⑴侧移：Lv0m，qθv0vyUdyvtθ不要死记公式，要清楚物理过程。根据不同的已知条件，改用不同的表达形式（已知初速度、初动能或加速电压等）。⑵偏角：注意到

,说明穿出时刻的末速度的反向延长线与初速度延长线交点恰好在水平位移的中点。这一点和平抛运动的结论相同。⑶穿越电场过程的动能增量：ΔEk=Eqy（注意，一般来说不等于qU）第16页，课件共42页，创作于2023年2月让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物由静止开始经过同一加速电场加速，然后在同一偏转电场里偏转，它们是否会分为三股？请说明理由。课后习题思考：第17页，课件共42页，创作于2023年2月比较离子在偏转电场的侧移距离y如果y互不相同如果y相同会分为三股不会分为三股比较离子是否以相同偏角φ射出如果φ互不相同会分为三股如果φ相同不会分为三股第18页，课件共42页，创作于2023年2月总结偏转距离，偏转角度，由加速电压和偏转电压共同决定第19页，课件共42页，创作于2023年2月让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物由静止开始经过同一加速电场加速，然后在同一偏转电场里偏转，它们是否会分为三股？请说明理由。课后习题思考：答案：不会分为三股。第20页，课件共42页，创作于2023年2月课堂小结：一、利用电场使带电粒子加速二、利用电场使带电粒子偏转从动力学和运动学角度分析从做功和能量的角度分析类似平抛运动的分析方法粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做初速度为零的匀加速运动

第21页，课件共42页，创作于2023年2月1、如图所示，A、B为平行金属板电容器，两板间的距离为d，在A板的缺口的正上方距离为h的P处，有一质量为m、带电量为+q的液滴由静止开始自由落下，若要使液滴不落在B板上，两板间场强至少为多大？两板间的电压U至少为多大？

例与练mgmgqE对全过程由动能定理：第22页，课件共42页，创作于2023年2月2.如图，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角θ变大的是（）A、U1变大、U2变大B、U1变小、U2变大C、U1变大、U2变小D、U1变小、U2变小例与练B第23页，课件共42页，创作于2023年2月

3.如图所示，二价氦离子和质子的混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同一荧光屏上，则它们（）

A、侧移相同

B、偏转角相同

C、到达屏上同一点

D、到达屏上不同点例与练与粒子的电量q、质量m无关ABC第24页，课件共42页，创作于2023年2月4.初速度为2×107m/s的电子沿平行金属板间的中心线射入板中，板长为30cm，相距为4cm，在两板间加上如图所示的正弦交变电压。条件？已知电子的质量为9×10-31Kg，电量为1.6×10-19C，不计电子重力，求：要使所有的电子都能离开电场，图中电压的最大值U0需满足什么第25页，课件共42页，创作于2023年2月可认为在t时间内电场不变设电子在两板间的运动时间为t设电子在偏转电压为U0时进入板间析与解第26页，课件共42页，创作于2023年2月5.

如图，水平放置的两平行金属板，板长为l、板间距为d，一束电子以v0的初速度从两板中央水平射入板间，然后从板间飞出射到距板L、宽D的荧光屏上（荧光屏中点在两板中垂线上）。⑴电子飞入两板前所经历的加速电场的电压多大？⑵为了使电子能射至荧光屏上，求图中D应满足的条件？⑶为了使电子能射至荧光屏上，求偏转电压UAB的范围？Lv0lD解：⑴设加速电压为U1，则⑵电子的最大偏移量为d/2vO得：AB⑶电子达到荧光屏边缘，对应的偏转电压最大。第27页，课件共42页，创作于2023年2月示波器的原理示波器是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。核心部件：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。示波管电子枪部分：偏转电极部分：荧光屏部分：发射出电子使电子沿两方向偏转电子使荧光物质受激而发光第28页，课件共42页，创作于2023年2月三、示波管的原理1.如果在电极XX’之间不加电压，而在YY’之间加不变电压，使Y的电势比Y’高，电子将打在荧光屏的什么位置？电子沿Y方向向上偏移第29页，课件共42页，创作于2023年2月三、示波管的原理1.如果在电极XX’之间不加电压，而在YY’之间加不变电压，使Y’的电势比Y高，电子将打在荧光屏的什么位置？电子沿Y方向向下偏移第30页，课件共42页，创作于2023年2月v0示波器原理u1一维偏转u2YY`LL‵voθ

rh第31页，课件共42页，创作于2023年2月每一个电子每个电子在电场中运动时间很短不同时刻进入电场的电子可认为在电压不变的匀强电场中偏转偏转电压不同.若只在YY

´间加持续变化的信号电压呢?屏上亮斑位置不同.即出现在Y轴的亮线第32页，课件共42页，创作于2023年2月三、示波管的原理2.如果在电极XX’之间不加电压，但在YY’之间加如图所示的交变电压，在荧光屏上会看到什么图形？0<t<t1电子沿Y方向向上偏移第33页，课件共42页，创作于2023年2月三、示波管的原理2.如果在电极XX’之间不加电压，但在YY’之间加如图所示的交变电压，在荧光屏上会看到什么图形？t1<t<t2电子沿Y方向向下偏移第34页，课件共42页，创作于2023年2月三、示波管的原理3.如果在YY’之间加如图所示的交变电压，同时在XX’之间加不变电压，使X的电势比X’高，在荧光屏上会看到什么图形？0<t<t1电子沿Y方向向上偏，沿X方向向里偏第35页，课件共42页，创作于2023年2月三、示波管的原理3.如果在YY’之间加如图所示的交变电压，同时在XX’之间加不变电压，使X’的电势比X高，在荧光屏上会看到什么图形？o-t2电子沿Y方向向上向下偏，沿X方向向外偏第36页，课件共42页，创作于2023年2月示波器就是利用两组正交的偏转极板，控制电子打在荧光屏上的位置。示意图如右：两组偏转电极分别控制电子在水平、竖直方向的偏转。一般在水平偏转电极上加扫描电压（从左向右周期性扫描），在竖直偏转电极上加需要研究的信号。若只在XX

´间加持续变化的信号电压呢?匀速的、持续的扫描形成稳定且水平的亮线Y'X'Y偏转电极X电子枪荧光屏第37页，课件共42页，创作于2023年2月怎样在荧光屏上显示信号电压的正弦波形？第38页，课件共42页，创作于2023年2月三、示波管的原理4.如果在YY’之间加如图所示的交变电压，同时在XX’之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？XYOABCDEFABCDEFABOCt1DEFt2第39页，课件共42页，创作于2023年2月.如图所示的示波管，如果在YY