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1、第九节第九节带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动用课件3 3、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运、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动状态来判定电场中的带电粒子一般可分为两类：电场中的带电粒子一般可分为两类：1 1、带电的基本粒子：如电子，质子，、带电的基本粒子：如电子，质子，粒子，正负粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比在小得多，离子等。这些粒子所受重力和电场力相比在小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。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）。（但并不能忽略质量）。2 2、带电微粒
2、：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有、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。说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。带电粒子在电场中的运动用课件带电粒子在匀强电场中带电粒子在匀强电场中运动情况：运动情况：受到恒定的电场力受到恒定的电场力受力情况：受力情况： 做匀变速运动做匀变速运动带电粒子在电场中的运动用课件带电粒子在匀强电场中运动状态：带电粒子在匀强电场中运动状态：匀变速直线运动匀变速直线运动加速、减速加速、减速匀变速曲线运动匀变速曲线运动偏转偏转1.平衡平衡（F合合=0）2.匀变速匀变速运动运动（F合合0）静止静止匀速直线运动匀速直线运动可能是可能是
3、我们知道，把一个带电粒子放进电场中，它就具有一定的电势能并受到电场力的作用，因此它可能会作各种各样的运动，这在现代科学技术设备中有广泛的应用。带电粒子在电场中的运动用课件+ +_UUE加速加速匀速匀速匀速匀速+qmV0V=?一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速带电粒子在电场中的运动用课件方法方法1：运用运动学和动力学方法求解，设板：运用运动学和动力学方法求解，设板间距为间距为d,因电场力为恒力，所以有因电场力为恒力，所以有方法方法2：运用能量观点求解：运用能量观点求解速度与电势差速度与电势差U、比荷量、比荷量q成正比与距离成正比与距离d无关无关带电粒子在电场中的运动用课件例题例题1 1：右图所
4、示，两平行金属板间加：右图所示，两平行金属板间加一电压一电压U U，有一带正电荷，有一带正电荷q q、质量为、质量为m m的带电粒子在电场力的作用下以初速的带电粒子在电场力的作用下以初速v v0 0开始从正极板向负极板运动。则开始从正极板向负极板运动。则（1 1）带电粒子在电场中作什么运动）带电粒子在电场中作什么运动？（？（2 2）粒子穿出负极板时的速度多）粒子穿出负极板时的速度多大？（大？（3 3）粒子穿出负极板后做什么）粒子穿出负极板后做什么运动？运动？一般用一般用“动能定理动能定理”求解求解分析：对于粒子来说，一般有分析：对于粒子来说，一般有mgmgF F，故可忽略。，故可忽略。(1(1
5、) )带电粒子在电场中以加速度带电粒子在电场中以加速度a=F/m=qU/mda=F/m=qU/md做匀加做匀加 速直线运动。速直线运动。(2)(2)由由v v2 2-v-vo o2 2=2ad =2ad 解得：解得：或：由动能定理或：由动能定理qU=mvqU=mv2 2/2-mv/2-mv0 02 2/2/2解得：解得： U1+ + +v v0 0v v带电粒子在电场中的运动用课件1 1：非匀强电场中：非匀强电场中, , 如何计算？如何计算？电场力做功，只于始末位置电势差有关电场力做功，只于始末位置电势差有关2 2：若带正电粒子以：若带正电粒子以V V0 0负板向正板运动，分析负板向正板运动，
6、分析粒子运动情况粒子运动情况明确粒子明确粒子V V，a a的变化情况的变化情况3.3.若粒子以初速度若粒子以初速度V V0 0沿垂直场强方向进入电场，沿垂直场强方向进入电场， 离子的运动情况如何？离子的运动情况如何？思考讨论思考讨论带电粒子在电场中的运动用课件带电粒子的偏转带电粒子的偏转带电粒子在电场中的运动用课件 d+-二、 带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转 lv0d-qvv0v yS1.粒子穿越电场的时间粒子穿越电场的时间t=? 2.粒子离开电场的速度粒子离开电场的速度V=？ 3.粒子离开电场时的偏角粒子离开电场时的偏角=？ 4.沿垂直于板面方向偏移的距离沿垂直于板面方向偏移的
7、距离=？5.S =?带电粒子在电场中的运动用课件侧移量侧移量偏转角度偏转角度粒子好象是从入射线中点直接射出来的粒子好象是从入射线中点直接射出来的类类平平抛抛运运动动带电粒子在电场中的运动用课件对偏移公式的讨论对偏移公式的讨论对于不同的带电粒子对于不同的带电粒子（2）若以相同的动能射入，）若以相同的动能射入，（3）若经相同电压）若经相同电压U0加速后射入，加速后射入，则则y与与 q m无关无关,随加速电随加速电压的增大而减小，随偏压的增大而减小，随偏转电压的增大而增大。转电压的增大而增大。（1）若以相同的速度射入）若以相同的速度射入则则yq/m则则yq带电粒子在电场中的运动用课件例：离子发生器发
8、射出一束质量为例：离子发生器发射出一束质量为m m，电荷量为，电荷量为q q的负的负离子，从静止离子，从静止 经加速电压经加速电压U U 1 1 加速后，获得速度加速后，获得速度 ，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压压U U2 2作用后，以速度作用后，以速度离开电场，已知平行板长为离开电场，已知平行板长为，两板间距离为两板间距离为d d， 1 1）离子在偏转电场中运动）离子在偏转电场中运动 的时间、加速度、速度的时间、加速度、速度 的大小；的大小； 2 2）离子在离开偏转电场时）离子在离开偏转电场时 的横向偏移量和偏转角的横向偏移量和
9、偏转角 的正切值。的正切值。 l+ + + + + +- - - - - -u u1 1dv v0 0 求：求：带电粒子在电场中的运动用课件电子枪电子枪荧光屏荧光屏偏转电极偏转电极+ +- -X XX X、y y、y yX XX X、y y、y y亮斑亮斑如果在偏转电极如果在偏转电极XXXX、YYYY上不加电压，电子如何运动？上不加电压，电子如何运动？如果在偏转电极如果在偏转电极XXXX上不加电压，偏转电极上不加电压，偏转电极YYYY上加电压上加电压电子又如何运动？电子又如何运动？三、示波管原理三、示波管原理带电粒子在电场中的运动用课件示波器是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。它的核心部
10、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。带电粒子在电场中的运动用课件（1 1）电子枪部分：）电子枪部分：E E电源作用是使金属丝变热发射电源作用是使金属丝变热发射出电子，出电子，U U1 1电源作用是使发射出的电子在真空中被加速，获电源作用是使发射出的电子在真空中被加速，获得很大的速度从金属板的小孔穿出。得很大的速度从金属板的小孔穿出。（2 2）偏转电极部分：）偏转电极部分：YYYY/ /平行金属板为竖直方向偏转电极即平行金属板为竖直方向偏转电极即使平行金属板入射的电子产生竖直方向的偏转，使平行金属板入射的电子产生竖直方向的偏转，XXXX/ /平行金属平行金属为水平方向偏转电
11、极即使平行金属板入射的电子产生水平方为水平方向偏转电极即使平行金属板入射的电子产生水平方向的偏转。向的偏转。（3 3）荧光屏部分：玻璃屏上涂有荧光物质。高速电子打到）荧光屏部分：玻璃屏上涂有荧光物质。高速电子打到荧光物质，荧光物质受激发后会发出可见光，电子本身并不荧光物质，荧光物质受激发后会发出可见光，电子本身并不能发光，从屏上观察亮点，可知打到屏上电子的偏移情况。能发光，从屏上观察亮点，可知打到屏上电子的偏移情况。带电粒子在电场中的运动用课件若两偏转电极间都不加偏转电压，则电子束将打在荧光屏的中心若两偏转电极间都不加偏转电压，则电子束将打在荧光屏的中心若两偏转电极间都不加偏转电压，则电子束将
12、打在荧光屏的中心若两偏转电极间都不加偏转电压，则电子束将打在荧光屏的中心U Uy yt tOO电子在极板间运动的时间极短，可认为此瞬间极板间电压不变电子在极板间运动的时间极短，可认为此瞬间极板间电压不变电子在极板间运动的时间极短，可认为此瞬间极板间电压不变电子在极板间运动的时间极短，可认为此瞬间极板间电压不变带电粒子在电场中的运动用课件若两偏转电极间都不加偏转电压，则电子束将打在荧光屏的中心若两偏转电极间都不加偏转电压，则电子束将打在荧光屏的中心若两偏转电极间都不加偏转电压，则电子束将打在荧光屏的中心若两偏转电极间都不加偏转电压，则电子束将打在荧光屏的中心U Ux xt tOO要想增加要想增加
13、要想增加要想增加X X轴方向扫描线的宽度，怎么办？轴方向扫描线的宽度，怎么办？轴方向扫描线的宽度，怎么办？轴方向扫描线的宽度，怎么办？带电粒子在电场中的运动用课件U Ux xt tOO满足什么条件才能得到稳定满足什么条件才能得到稳定满足什么条件才能得到稳定满足什么条件才能得到稳定正确的波形？正确的波形？正确的波形？正确的波形？U Uy yt tOOT TT T 2T2TT/2T/2T T扫扫扫扫=NT=NT显示出的信号完整波形个数显示出的信号完整波形个数显示出的信号完整波形个数显示出的信号完整波形个数由什么决定？由什么决定？由什么决定？由什么决定？ N N带电粒子在电场中的运动用课件 如图是示
14、波管的原理图，它是由电子枪、竖直偏转电极YY、水平偏转电极XX和荧光屏组成，电子枪发射的电子打在荧光屏上将出现亮点，若亮点很快移动，由于视觉暂留原因，能在荧光屏上看到一条亮线。 （1 1）如果只在偏转电极）如果只在偏转电极YYYY上加上上加上如图如图所示的电压所示的电压U Uy y=U=Um msinsintt，在荧，在荧光屏图光屏图上画出所观察到的亮线的形上画出所观察到的亮线的形状（设状（设T T很小）很小）（2 2）如果只在偏转电极）如果只在偏转电极XXXX上加上上加上图图所示电压，试在图所示电压，试在图上画出所观上画出所观察到的亮线的形状。察到的亮线的形状。（3 3）如果在）如果在YYY
15、Y和和XXXX上同时加上上同时加上上述电压，试在图上述电压，试在图上画出所观察到上画出所观察到的亮线的形状。的亮线的形状。带电粒子在电场中的运动用课件思考题：思考题：1、让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的、让一价氢离子、一价氦离子和二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？请说明理同？通过偏转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。由。答案：答案：通过加速电场时获得的动能通过加速电场时获得的
16、动能E Ek k= =qUqU, ,加速电压加速电压相同，二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子获相同，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。偏转电场决定，所以三种粒子不可能分开为三股。带电粒子在电场中的运动用课件比较离子在偏转电场的侧移距离比较离子在偏转电场的侧移距离y如果如果 y不相同不相同比较离子是否以比较离子是否以相同偏角相同偏角 射出射出如果如果 y 相同相同如果如果不相同不相同会分为三股会分为三股如果如果 相同相同不会分为三股不会分为三股会分为三股会分为
17、三股带电粒子在电场中的运动用课件2、一一束束电电子子流流经经 U=5000V 的的电电压压加加速速后后，在在距距两两极极板板等等间间距距处处垂垂直直进进入入平平行行板板间间的的匀匀强强电电场场中中，若若两两板板间间距距 d=1.0cm，板板长长 l=5.0cm，那那么么，要要使使电电子子能能从从平平行行板板间间飞飞出，两个板之间的电压最多能加多少？出，两个板之间的电压最多能加多少？带电粒子在电场中的运动用课件3、已知：、已知：U1、l、YY偏转电极的电压偏转电极的电压U2、板间距、板间距d 、板端到荧光屏的距离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求：电子射出偏转电场时的偏
18、向角正切值tan及打到及打到屏上电子的偏移量屏上电子的偏移量y。偏移量与偏移量与YY偏偏转电极的电压转电极的电压U2成正比成正比带电粒子在电场中的运动用课件课堂小结：课堂小结：一、利用电场使带电粒子加速一、利用电场使带电粒子加速二、利用电场使带电粒子偏转二、利用电场使带电粒子偏转从动力学和运动学角度分析从动力学和运动学角度分析从做功和能量的角度分析从做功和能量的角度分析类似平抛运动类似平抛运动的分析方法的分析方法粒子在与电场垂直的方向上做粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做粒子在与电场平行的方向上做初速度为零的匀加速运动初速度为零的匀加速运动带电粒子在电场中的运动用课件
