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1、新人教版物理选修新人教版物理选修3-13-11.81.8带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动3 3、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状、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，正负离子粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比在小得多，除非有说等。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。（但并不能忽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）。略质量）
2、。2 2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明、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。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： 做做匀匀变速运动变速运动一一. 带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中的加速E1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（加速电压）（加速电压）根据动能定理：根据动能定理：qU = mv2/2或根据牛顿定律：或根据牛顿定律：a = F/m = qU/dm和运动学公式：和运动学公式：v2 =
3、2ad得得2qUmv = 粒子加速后的速度只粒子加速后的速度只与与加速电压有关加速电压有关此式也适用于不是匀强电场的情况此式也适用于不是匀强电场的情况一一. 带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中的加速例例题1 1：右：右图所示，两平行金属板所示，两平行金属板间加一加一电压U U，有一，有一带正正电荷荷q q、 、质量量为m m的的带电粒子在粒子在电场力的作用下以初速力的作用下以初速v v0 0开始从正极板向开始从正极板向负极板运极板运动。 。则（ （1 1） ）带电粒子在粒子在电场中作什么中作什么运运动？（？（2 2）粒子穿出）粒子穿出负极板极板时的速度多大的速度多大？（？（3 3）粒子穿出
4、）粒子穿出负极板后做什么运极板后做什么运动？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) )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=a=F/m=qU/mdqU/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qUqU=mv=mv2 2/2-mv/2-mv0 02 2/2/2解得：解得： U1+ + +v v0 0v v1 1：非匀强电场中：非匀强电场中, , 如何计算？如何计算？
5、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负板向负板向正板运动，分析正板运动，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的的变化情况变化情况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，推导偏移量 y和偏转角和偏转角偏移量偏移量 y的计算的计算（1）画出电场线，并进行受力分析）画出电场线，
6、并进行受力分析（2）粒子做什么性质的运动？）粒子做什么性质的运动？（3）为计算）为计算y，需要知道哪些物理量？，需要知道哪些物理量？（4）这些物理量能计算出吗？）这些物理量能计算出吗？偏转角偏转角的计算的计算（1）什么叫偏转角）什么叫偏转角（2）怎样计算偏转角）怎样计算偏转角？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，则加速后射入，则y与与 q m无关无关,随加速电压随加速电压的增大而减小，随偏转电的增大而减小，随偏转电压的增大而增大。压的增大而增大。（1）若以相同的速度射
7、入）若以相同的速度射入则则yq/m则则yq例：离子发生器发射出一束质量为例：离子发生器发射出一束质量为mm，电荷量为电荷量为q q的负离子，的负离子，从静止从静止 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，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压U U2 2作用后，以作用后，以速度速度离开电场，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
8、）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偏转角 的正切值。的正切值。 l+ + + + + +- - - - - -u u1 1dv v0 0 求：求：思考题：思考题：让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物让一价氢离子、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，然后在同一偏转电场里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。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
9、速电场时获得的动能E Ek k= =qUqU, ,加速电压相同，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。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。以三种粒子不可能分开为三股。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
10、板间间飞飞出出，两两个个板板之之间间的的电电压压最多能加多少？最多能加多少？三、示波器的原理三、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。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。（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，获得很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。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使平平行金属板为竖直方
11、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，行金属板入射的电子产生竖直方向的偏转，XXXX/ /平行金属为水平平行金属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。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。（3 3）荧光屏部分：玻璃屏上涂有荧光物质。高速电子打到荧光物）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，电子本身并不能发光，从质，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。屏上观察亮点，可知打到屏上电子的偏移情况。已知：已知：U1、 、l、 、YY偏偏转电
12、极的极的电压U2、板、板间距距d 、 、板端到板端到荧光屏光屏的距离的距离L。 。求：求：电子射出偏子射出偏转电场时的偏向角正切的偏向角正切值tan及打到屏上及打到屏上电子的偏移量子的偏移量y。 。偏移量与偏移量与YY偏偏转电极的极的电压U2成成正比正比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 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
13、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？U Ux xt tOO满足什么条件才能得到稳定正满足什么条件才能得到稳定正满足什么条件才
14、能得到稳定正满足什么条件才能得到稳定正确的波形？确的波形？确的波形？确的波形？U Uy yt tOOT TT T2T2TT/2T/2T T扫扫扫扫=NT=NT显示出的信号完整波形个数由显示出的信号完整波形个数由显示出的信号完整波形个数由显示出的信号完整波形个数由什么决定？什么决定？什么决定？什么决定？N N 如图是示波管的原理图，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上加上如上加上如图图所示的电压所示的电压U Uy y
15、= =U Ummsinsin t t，在荧光屏，在荧光屏图图上画出所观察到的亮线的形状（设上画出所观察到的亮线的形状（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上加上图上加上图所示电压，试在图所示电压，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。（3 3）如果在）如果在YYYY和和XXXX上同时加上上上同时加上上述电压，试在图述电压，试在图上画出所观察到的亮上画出所观察到的亮线的形状。线的形状。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、二、利用电场使带电粒子偏转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 祝同学们学习愉快！祝同学们学习愉快！ 再见！再见！
