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1、复习: 1。基本规律和定律: 1) 匀变速运动规律匀变速直线运动的所有公式; 2)牛顿运动定律牛顿三大定律; 3)曲线运动的处理方法运动的合成和分解; 4)动能定理; 5)能量守恒定律;,第八节 带电粒子 在电场中的运动,一、带电粒子在电场中的加速,+,-,例题:在加上电压U并处于真空中的金属板间有一正电荷q,质量为m,只在电场力作用下从静止释放,电荷将做什么运动? 求电荷到达负极板时的速度?,A,B,+,+,+,+,-,-,-,-,U,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,+,+,+,+,-,-,+,+,+,+,-,-,-,+,+,+,+,-,-,-,-,+,+,+,+,+,+,+,+,+
2、,+,+,+,+,-,+,+,+,+,-,-,+,+,+,+,-,-,-,+,+,+,+,d,1。运用运动学和动力学方法求解,设板间 距为d,因电场力为恒力,所以有,2。运用能量观点求解,注:该方法不仅适用于匀强电场也适用于非匀强电场。,例题1:实验表明,炽热的金属丝可以发射电子。在炽热金属丝和金属板间加以电压U=2500V,从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后,从金属板的小孔穿出。电子射出后的速度有多大?设电子刚从金属丝射出时的速度为零。,- U +,金属丝 金属板,V,E,电子的质量为0.9110-30 kg,电子的电荷量e=1.610-19 C,解:金属丝和金属板间的电场虽然不是 匀
3、强电场,但仍可用 可得 代入数据得:v=3.0107 m/s,如图一带电粒子以垂直匀强电场的场强方向以初速度v0射入电场,若不计粒子的重力,带电粒子将做什么运动?,d,+q,F,二、带电粒子在匀强电场中的偏转,+q,y,垂直电场方向:匀速直线运动,沿电场方向:初速为零的匀加速直线运动,L,F,Y,垂直电 场方向:,沿电场 方向:,ay=F/m=qE/m=qU/md,运动分析,Vt2=V02+Vy2,=?,做类似平抛运动,Vx=V0,X =V0t,例题2: 如图所示一电子以初速度V0=3.0X107m/s沿垂直电场方向射入的电场,两极板的长度为L=6.0cm,相距d=2cm,极板间电压U=200
4、V.求1)电子射出电场所用时间?,v0,-q,m,U,L,解: 1)电子在水平方向做匀速运动,由 L=v0t 可求得电子在电场中的运动时间t=L/v0,,例题2: 一电子水平射入如图所示的电场中,射入时的速度V0=3.0X107m/s.两极板的长度为L=6.0cm,相距d=2cm,极板间电压U=200V.求2)电子射出电场时沿垂直板面方向偏移的距离y。,-q,y,m,U,L,解: 1)电子在垂直电场方向做匀速运动,由 L=v0t 可求得电子在电场中的运动时间t=L/v0, 2)电子在沿电场方向做匀加速运动, 加速度a=F/m=qE/m=eU/md. 电子射出电场时竖直偏移的距离y=at2 /2
5、, (其中t为电子在电场中运动时间), 根据y=at2 /2中,得到 代入数值得y=0.36cm,例题2: 一电子水平射入如图所示的电场中,射入时的速度V0=3.0X107m/s.两极板的长度为L=6.0cm,相距d=2cm,极板间电压U=200V.求3)电子离开电场时偏转的角度。,v0,-q,y,m,U2,L,y,3)电子离开电场时沿电场方向的分速度为Vy, 离开电场时的偏转角度为 角度为6.8度,Vy,V0,Vt,例题2: 一电子水平射入如图所示的电场中,射入时的速度V0=3.0X107m/s.两极板的长度为L=6.0cm,相距d=2cm,极板间电压U=200V.4)如何求电子离开电场时的
6、速度?,y,Vy,Vt,V0,二。带电粒子(微粒)在电场中的偏转问题,处理电偏转问题的基本思路: 1.运动的合成与分解; 2.能量观点(动能定理).,对于匀强电场则常用,例题: 在加上电压U并处于真空中的金属板间有一正电荷q,质量为m,只在电场力作用下从静止释放,电荷将做什么运动?,例题1: 实验表明,炽热的金属丝可以发射电子。在炽热金属丝和金属板间加以电压U=2500V,从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后,从金属板的小孔穿出。电子射出后的速度有多大?,例题2: 如图所示一电子以初速度V0=3.0X107m/s沿垂直电场方向射入的电场,两极板的长度为L=6.0cm,相距d=2cm,极板间
7、电压U=200V.求1)电子射出电场所用时间?,1、带电粒子:,(1)一般微观粒子(如电子、质子等),在电场中运动时重力远小于电场力,所以一般不计重力。但质量不可忽略。 (2)带电体(如液滴、尘埃、小球等),一般重力不能忽略。 一般情况下,带电粒子指微观粒子,但有时粒子的含义不明确,需根据题目所给条件加以分析。 如重力与电场力大小相近时,重力不可忽略;若电场力远大于重力,可忽略;也可根据物体的运动性质来判断。,注意:,(1)匀强电场:如在带等量异种电荷的平行金属板之间的电场 (2)非匀强电场:如单个的正电荷形成的电场、单个的负电荷形成的电场、等量异种电荷形成的电场、等量同种电荷形成的电场、点电
8、荷与带电平板所形成的电场等。,2、电场:,3 、分析受力时要多一项电场力,讨论功能问题时要正确计算电场力做功及电势能的变化。,直线加速器,粒子在每个加速电场中的运动时间相等,因为交变电压的变化周期相同,练习1:一个初速度为零的电子,在场强为4.0103 V/m的匀强电场中被加速,求经过2.010-8 s后,电子的速度和动能。,解:电子在匀强电场中的加速度: a=F/m = eE/m 速度:v=at= eEt/m = 1.410-7 m/s 动能Ek= =8.910-17 J,练习2。一动能为1000eV的电子,沿着与电场垂直的方向进入匀强偏转电场,已知偏转电极长6.0cm,相距离1cm,偏转电
9、压4.0V,求电子离开偏转电场时的偏转角度。,解:由偏转角度公式 及1eV=1.610-19J, 有 = =0.012, 得:=0.69,练习3。两块平行的金属板A、B之间的电压是80V,一个电子以6.0106 m/s的速度从小孔C垂直A板进入电场,该电子能打在B板上吗?如果能打在B板上,它到达B板时的速度有多大?如果电源电压变为120V,情况又会怎样?,解: 电子射入电场时具有的初动能: Ek= = 1.610-17 J, 电子从A板到达B板需克服电场力做功: W=qU= 1.310-17J Ek W,可见电子能打在B板, 到达B板时的速度为v= 如果电源电压变为120V,则电子从A板到达B
10、板需克服电场力做功: W=qU= 1.9 10-17 J, 这时EkW,电子不能打在B板。,三、带电粒子先加速后偏转在电子技术中的应用示波管。,构造,电子枪,偏转电极,荧 光 屏,原理图,+,+,+,-,-,-,V0,L,P,Y,Y,1、如图所示,在真空室中有两个水平金属板,板间距为d,有一质量为m的带电液滴,电荷量为q,自上极板的上表面处由静止开始自由下落,当它运动到两极板间距离的中点时,给两极板加电压U,使电荷受到向上的力,当电压等于多大时,才能使小液滴在刚好接近下极板时开始向上运动?,课堂练习,m q,d,解析:方法一、液滴自由落体至两板间中点时速度大小由V2=2gh 得V= 加上电压后
11、所受合力 F=qU/d-mg 液滴向上的加速度大小 a=F/m=qU/md-g 再经d/2的距离速度减为零,即 V2=2a*d/2=(qU/md-g)d 由解得 U=2mgd/q,方法二、对整个过程进行研究,初速、末速均为零,Ek=0 由动能定理有: mgd-qU/2=0 解得: U=2mgd/q,2、如图所示,A、B为两块足够大的平行金属板,接在电压为U的电源上,在A板的中央P点处放置一个电子放射源,可以向各个方向发射电子。设电子的质量为m,电量为e,射出的初速度为v,求电子打在B板上的区域面积?(不计电子的重力),课堂练习,课堂小节,1带电粒子在匀强电场中的运动:加速和偏转。 处理方法:运动学观点或能的观点。 2示波管的构造及工作原理。,