《带电粒子在电场中的运动》课件9 (新人教版选修3-1)

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1、仪仪器名称：示波器 型 号：COS5100系统运行时，数以10亿计的电子就 将从这条加速管中以接近光速冲进 储存环中发生碰撞 北京正负电子对撞机加速器的起点 1.9 带电粒子在电场 中的运动3、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运 动状态来判定电场中的带电粒子一般可分为两类：1、带电的基本粒子：如电子，质子，粒子，正负 离子等。这些粒子所受重力和电场力相比小得多，除 非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（ 但并不能忽略质量）。2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有 说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。带电粒子在匀强电场中运动情况：受到恒定的电场力受力情况：做匀变速运动一

2、. 带电粒子在电场中的加速用牛顿运动定律分析用动能定理分析 E1（加速电压）qUm+_带电粒子的加速d1、受力分析: 水平向右的电场力FEq=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 运用能量知识求解粒子加速后的速度只与加速电压有关思考题如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！所以例1结论：由于电场力做功与场强是否 匀强无关，与运动路径也无关，所 以在处理电场对带电粒子的加速问 题时，一般都是利用动能定理进行 处理。例2：如图所示，在P

3、板附近有一电子由静止开始 向Q板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列 叙述正确的是：( )A.两板间距越大，加速的时间越长 B.两板间距离越小，加速度就越大 ，则电子到达Q板时的速度就越 大 C.电子到达Q板时的速度与板间距 离无关，仅与加速电压有关 D.电子的加速度和末速度都与板间 距离无关AC ld +- - - - - - - - - - - + + + + + + + + + Uv0 q、m二. 带电粒子在电场中的偏转ld +- - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + +Uv0 q、mF+vv0vyy偏转角侧移二. 带电粒子在电场中的偏转试根

4、据类平抛运动的知识，推导偏移量 y和偏转角1.受力分析：粒子受到竖直向 下的静电力FEq=qU/d。2.运动规律分析:粒子作类平抛运动。x方向：匀速直线运动Y方向：加速度为 的匀加速直线 运动。vv0vy 3. x方向4. y方向 5、离开电场时的偏转角度的正切：yv0vy Fv+ + + + + +- - - - - -v0YdUY qL结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入 匀强电场的问题就是一个类平抛的问题。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为零的匀 加速运动 例3L三、 加速和偏转一体+-vv0vy+_U1U2v0-q my让一价氢离子、一价氦离子和二

5、价氦离子的混合物 经过同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电 场里偏转，在通过加速电场时获得的动能是否相同？通 过偏转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。答案：通过加速电场时获得的动能Ek=qU,加速电压相 同，二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子获得动 能最大。粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定， 所以三种粒子不可能分开为三股。vvyyL+- -v0+-U1U2v0-qm思 考 题例4：离子发生器发射出一束质量为m，电荷量为q 的负离子，从静止 经加速电压U 1 加速后，获得速度v0 ，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电 压U2作用后，以速度离开电场，已知平行

6、板长为 ，两板间距离为d，1）离子在偏转电场中运动 的时间、加速度、速度的大小；2）离子在离开偏转电场时的沿电场方向的偏移量和 偏转角的正切值。l+ + + + + +- - - - - -u1d v0求 ：例5： 一束电子流经 U=5000V 的电 压加速后，在距两极板等间距处垂直进 入平行板间的匀强电场中，若两板间距 d=1.0cm，板长 l=5.0cm，那么，要使电 子能从平行板间飞出，两个板之间的电 压最多能加多少？四、示波器的原理1.示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变 化的电子仪器。 2.它的核心部件是示波管：由电子枪、偏转电极 和荧光屏组成，管内抽成真空。产生高速飞 行的电子

7、束待显示的 电压信号锯齿形扫 描电压使电子沿Y 方向偏移使电子沿x 方向偏移四、示波器的原理已知：U1、l、YY偏转电极的电压U2、板间距d 、 板端到荧光屏的距离L。 求：电子射出偏转电场时的偏向角正切值tan及打 到屏上电子的偏移量y。偏移量与YY偏 转电极的电压U2 成正比3.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 向向上偏移四、示波器的原理2）、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 向向下偏移四、示波器的原理3）、如果在电极 Y

8、Y之间不加电压，但在 XX之间加不变电压，使X的电势比X高，电 子将打在荧光屏的什么位置？电子沿X方 向向里偏移四、示波器的原理4）、如果在电极 YY之间不加电压，但在 XX之间加不变电压，使X的电势比X高，电 子将打在荧光屏的什么位置？电子沿X方 向向外偏移四、示波器的原理5）、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 U U ，且三点电势均减小 ； C、E= E 且不变，E减为零； D、U U U ，且U减小， U 不变 ，U 增大。AD如图所示，在平行板电容器正 中有一个带电微粒。K闭合时，该 微粒恰好能保持静止。在保持K 闭合；充电

9、后将K断开；两种情 况下，各用什么方法能使该带电微 粒向上运动打到上极板？ A.上移上极板M B.上移下极板N C.左移上极板M D.把下极板N接地 K MN答案：选B，选C。例3传感器是把非电学里（如速度、 温度、压力等）的变化转换成电学里 变化的一种测定液面高度的电容式传 感器的示意图，金属芯线与导电液体 形成一个电容器，从电容C大小的变 化就能反映液面的升降情况，两者的 关系是（ ）AC增大表示h增大BC增大表示h减小CC减小表示h减小DC减小表示h增大导电液体金属芯线电介质AC 例4在点电荷在点电荷Q Q的电场中有的电场中有A A、B B两点，将质子和两点，将质子和 粒子分别从粒子分别

10、从A A点由静止释放，已知质子和点由静止释放，已知质子和粒子的电粒子的电 性相同，带电量之比为性相同，带电量之比为1:21:2，质量之比为，质量之比为1:41:4，则到达，则到达 B B点时，它们的速度大小之比为多少？点时，它们的速度大小之比为多少？Q QAB解：质子和解：质子和粒子从粒子从A A到到B B运动过程运动过程 中，分别应用动能定理得中，分别应用动能定理得联立联立两式可解出它们到达两式可解出它们到达B B点时的速度大小之比为点时的速度大小之比为 例例5 5：练习一：A板的电势UA0，B板的电势 UB随时间的变化规律如图所示。则 ( ) A.若电子是在t0时刻进入的，它 将一直向B板

11、运动 B.若电子是在tT/8时刻进入的， 它可能时而向B板运动，时而向A板 运动,最后打在B板上 C.若电子是在t3T/8时刻进入的， 它可能时而向B板运动，时而向A板 运动,最后打在B板上D.若电子是在tT/2时刻进入的，它 可能时而向B板、时而向A板运动t/ s UB / v0U0-U0BAAB在平行金属板在平行金属板A A、B B之间加如图所示的交变电压，之间加如图所示的交变电压， 其频率为其频率为f f，t=0t=0时刻时刻A A板处有一个质量为板处有一个质量为m m、电量为、电量为q q的的 正离子从静止开始向正离子从静止开始向B B板运动，重力忽略不计，求：为板运动，重力忽略不计，

12、求：为 使离子到使离子到B B板时的速度最大，板时的速度最大，A A、B B之间的距离之间的距离d d应满足应满足 什么条件？什么条件？uOU-UtAB解：解：要使正离子到达要使正离子到达B B板的速板的速 度最大，需要正离子在电场度最大，需要正离子在电场 中始终做加速运动，应满足中始终做加速运动，应满足因此因此ABAB之间的距离应满足之间的距离应满足练习 二：例6电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运 动,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变大的是(

13、 )AU1变大、U2变大BU1变小、U2变大CU1变大、U2变小DU1变小、U2变小 B如图是一个说明示波管工作的部分原理图，电子经如图是一个说明示波管工作的部分原理图，电子经 过加速后以速度过加速后以速度v v0 0垂直进入偏转电场，离开偏转电场时垂直进入偏转电场，离开偏转电场时 偏移量为偏移量为h h，两平行板间距为，两平行板间距为d d，电压为，电压为U U，板长为，板长为L L，每，每 单位电压引起的偏移量（单位电压引起的偏移量（h/Uh/U）叫做示波管的灵敏度，）叫做示波管的灵敏度， 为了提高灵敏度，可采用的办法是（为了提高灵敏度，可采用的办法是（ ） A.A.增加两极板间的电势差增

14、加两极板间的电势差U U B.B.尽可能缩短板长尽可能缩短板长L L C.C.尽可能减小板间距尽可能减小板间距d d D.D.使电子的入射速度使电子的入射速度v v0 0大些大些 hv0C C先找到物理量表达式先看常量后看变量先定性判断后定量计算例例7 7：带电粒子射入两块平行极板间的匀强电场中，入带电粒子射入两块平行极板间的匀强电场中，入 射方向跟极板平行，重力忽略射方向跟极板平行，重力忽略. .若初动能为若初动能为E Ek k，则离开，则离开 电场时的动能为电场时的动能为2E2Ek k，如果初速度增为原来的，如果初速度增为原来的2 2倍，则倍，则 离开电场时的动能为（离开电场时的动能为（

15、） A.3EA.3Ek kB.4E B.4Ek k C.17EC.17Ek k/4 D.9E/4 D.9Ek k/2/2 C C过程一过程一: :过程二过程二: :解：带电粒子在匀强电场中做类平抛运动解：带电粒子在匀强电场中做类平抛运动联立联立两式可得两式可得联立联立式可得式可得练习三：例8水平放置的两块平行金属板长l =5cm，两板 间距d=1cm，两板间电压为U=90V，且上板带正 电，一个电子沿水平方向以速度v0=2.0107m/s ，从两板中央射入，求： （1）电子偏离金属板的侧位移是多少？ （2）电子飞出电场时的速度是多少？ （3）电子离开电场后，打在屏上的P点，若s=10cm，求OP的长dyxsly0OP Mo（1）0.49cm，（2）2.04107m/s， （3）0.025m AB