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1、1.9 1.9 带电粒子在电带电粒子在电场场 中的运动中的运动新课标高中物理选修31第一章 静电场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小得多，除离子等。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。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
2、、带电微粒：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一一. 带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中的加速用牛顿运动定律分析用牛顿运动定律分析用动能定理分析用动能定理分析E1（加速电压）（加速电压）qUm+_带电粒子的加速带电粒子的加速 d d1 1、受受力力分分析析: : 水平向右的电场力水平向右的电场力 F FEqEq= =qU/dqU/dF F
3、2 2、运动分析、运动分析: : 初初速速度度为为零零，加加速速度度为为a=a=qU/mdqU/md的的向向右右匀匀加加速直线运动速直线运动。解法一运用运动学知识求解解法一运用运动学知识求解解法二运用能量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粒子加速后的速度只与加速电压有关思考题思考题 如如两两极极板板间间不不是是匀匀强强电电场场该用何种方法求解？为什么？该用何种方法求解？为什么？ 由于电场力做功与场强是由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法仍适用！无关，第二种方法仍适用！所以所以例例1 结论：结论：由于电场力做功与场强是
4、否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以在处理电场对带电粒子的加速加速问问题时，一般都是利用题时，一般都是利用动能定理动能定理进行进行处理。处理。 例例2：如图所示，在：如图所示，在P板附近有一电子由静止开始板附近有一电子由静止开始向向Q板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是：叙述正确的是：( )A.两板间距越大，加速的时间越长两板间距越大，加速的时间越长B.两板间距离越小，加速度就越大，两板间距离越小，加速度就越大，则电子到达则电子到达Q板时的速度就越大板时的速度
5、就越大C.电子到达电子到达Q板时的速度与板间距板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压有关离无关，仅与加速电压有关D.电子的加速度和末速度都与板间电子的加速度和末速度都与板间距离无关距离无关AC ld+- - - - - - - - - - - + + + + + + + + + Uv0q、m二二. 带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转 ld+- - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + +Uv0q、mF+vv0vyy偏转角偏转角侧移侧移二二. 带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转试根据类平抛运动的知识，推导偏移量试根据类平抛运动的知识，推导
6、偏移量 y和偏转角和偏转角1.1.受受力力分分析析：粒粒子子受受到到竖竖直直向向下的静电力下的静电力F FEqEq= =qU/dqU/d。2 2. .运动规律分析运动规律分析: :粒子作粒子作类平抛类平抛运动运动。x x方向：方向：匀速直线运动匀速直线运动Y Y方向：方向：加速度为加速度为 匀匀加速直线运动加速直线运动。 v v v v0 0vy 3. 3. x方向方向 4. 4. y方向方向 5 5、离开电场时的偏转角度的正切：、离开电场时的偏转角度的正切： y y v v0 0vy F Fv v+ + + + + +- - - - - -v0YdUY Y q L L结论：带电粒子初速度垂直
7、于电场方向飞入结论：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匀强电场的问题就是一个类平抛类平抛的问题。的问题。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为零的匀初速为零的匀加速运动加速运动例例3 L L三、三、 加速和偏转一体加速和偏转一体+-vv0vy+_U1U2v0-qmy 让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混让一价氢离子、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，然后在同一偏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
8、是否相同转电场里偏转，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。？通过偏转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。 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，所以二价氦离子获得动相同，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。决定，所以三种粒子不可能分开为三股。vvyy L L+- -v0+-U1U2v0-qm思思考考题题四四、示
9、波器的原理、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。产生产生高速高速飞飞行的行的电子束电子束待显示待显示的的电压信号电压信号锯齿形锯齿形扫扫描电压描电压使电子沿使电子沿Y Y方向方向偏移偏移使电子沿使电子沿x x方向方向偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理已知：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向角正切值tan及打及打到屏上电子的偏移量到屏上电子的
10、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3.原理原理1 1）、如果在电极）、如果在电极XXXX之间不加电压，而在之间不加电压，而在YYYY之间加之间加不变电压不变电压，使，使Y Y的电势比的电势比Y Y高，高，电子将打在荧光屏的什么位置？电子将打在荧光屏的什么位置？电子沿电子沿Y Y方方向向向上向上偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理2 2）、如果在电极）、如果在电极XXXX之间不加电压，而在之间不加电压，而在YYYY之间加之间加不变电压不变电压，使，使Y Y的电势比的电势比Y Y高，高，电子将打在荧光屏的什么位置？电子将打在荧光屏的什么位置？电子沿电子沿
11、Y Y方方向向向下向下偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理3 3）、）、如果在电极如果在电极 YY之间不加电压，但在之间不加电压，但在XX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X的电势比的电势比X高，电高，电子将打在荧光屏的什么位置？子将打在荧光屏的什么位置？电子沿电子沿X X方方向向向里向里偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理4 4）、）、如果在电极如果在电极 YY之间不加电压，但在之间不加电压，但在XX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X的电势比的电势比X高，电高，电子将打在荧光屏的什么位置？子将打在荧光屏的什么位置？电子沿电子沿X X方方向向向外向外偏移偏移四、示波器的原理四、示
12、波器的原理5 5）、如果在电极）、如果在电极XXXX之间不加电压，但在之间不加电压，但在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，在荧光屏，在荧光屏上会看到什么图形？上会看到什么图形？0tt0tt1 1电子沿电子沿Y Y方方向向向上向上偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理6 6）、如果在电极）、如果在电极XXXX之间不加电压，但在之间不加电压，但在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，在荧光屏，在荧光屏上会看到什么图形？上会看到什么图形？t t1 1tttt2 2电子沿电子沿Y Y方方向向向下向下偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理7 7）、如果在）
13、、如果在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电交变电压压，同时在，同时在XXXX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X X的电的电势比势比X X高高，在荧光屏上会看到什么图形？在荧光屏上会看到什么图形？0tt0tt1 1电子沿电子沿Y Y方向方向向上向上偏，沿偏，沿X X方向方向向里向里偏偏四、示波器的原理四、示波器的原理8 8）、如果在）、如果在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电交变电压压，同时在，同时在XXXX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X X的电的电势比势比X X高，在荧光屏上会看到什么图形？高，在荧光屏上会看到什么图形？t t1 1tttt2 2电子沿电子沿
14、Y Y方向方向向下向下偏，沿偏，沿X X方向方向向里向里偏偏四、示波器的原理四、示波器的原理8 8）、如果在）、如果在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电交变电压压，同时在，同时在XXXX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X X的的电势比电势比X X高，在荧光屏上会看到什么图形？高，在荧光屏上会看到什么图形？电子沿电子沿Y Y方向方向向向上向下上向下偏，沿偏，沿X X方向方向向外向外偏偏四、示波器的原理四、示波器的原理1010）、如果在）、如果在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电交变电压压，同时在，同时在XXXX之间加之间加锯齿形扫描电压锯齿形扫描电压，在，在荧光屏上会
15、看到什么图形？荧光屏上会看到什么图形？XYOA B CD EFA B CD E FABOCt1DEFt2四、示波器的原理四、示波器的原理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
