带电粒子在电场中的运动-最终版课件.ppt

1、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在什么情况下不考虑重力：电场中的带电粒子在什么情况下不考虑重力：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，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。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：如小球、液滴、尘埃等，一般都考虑、带电微粒：如小球、液滴、尘埃等，一般

2、都考虑重力。重力。物体在重力场中的运动状态：匀变速直线运动加速、减速匀变速曲线运动（平抛）1.平衡（平衡（F合合=0）2.匀变速运动匀变速运动（F合合0）静止匀速直线运动一、带电粒子在电场中的平衡问题一、带电粒子在电场中的平衡问题1、平衡状态：、平衡状态：静止静止匀速直线运动状态匀速直线运动状态2、平衡条件：、平衡条件：带电粒子在电场中所受合力为零，即带电粒子在电场中所受合力为零，即F合合0 带电粒子在电场中处于静止状态，该粒带电粒子在电场中处于静止状态，该粒子带正电还是负电子带正电还是负电?+-【例例1】Eqmg分析：带电粒子处于静止状态，分析：带电粒子处于静止状态，F F合合0 0，Eq=

3、mgEq=mg，因为所受重力竖直向下，所以，因为所受重力竖直向下，所以所受电场力必为竖直向上。又因为场所受电场力必为竖直向上。又因为场强方向竖直向下，所以带电体带负电。强方向竖直向下，所以带电体带负电。二、带电粒子在电场中的二、带电粒子在电场中的直线运动（加、减速）直线运动（加、减速）例例2：右图所示，相距右图所示，相距d的两平行金属板间加一电压的两平行金属板间加一电压U，有，有一带正电荷一带正电荷q、质量为、质量为m的带电粒子只在电场力的作用的带电粒子只在电场力的作用下从静止开始从正极板向负极板运动。则下从静止开始从正极板向负极板运动。则（1）带电粒子在电场中做什么运动？）带电粒子在电场中做

4、什么运动？解：带电粒子在电场中，只受电场力的作用，根据牛顿第二定律有：maqE mdqUmqEa则带电粒子的加速度又dUE 带电粒子在电场中做初速度为0的匀加速直线运动qUm+_带电粒子的加速带电粒子的加速 d d（2）粒子穿出负极板时的速度多大？）粒子穿出负极板时的速度多大？解：设粒子穿出负极板时的速度为vaxvvt2202由 得：穿出负极板时的速度mqUadv22解法二：根据动能定理有：0212mvqU思考：还可以用什么方法求解？解得mqUv2+-Um+qd：若电场为一非匀强电场，原题中其它若电场为一非匀强电场，原题中其它条件不变，则粒子穿出负极板时的速度又是多条件不变，则粒子穿出负极板时

5、的速度又是多大？大？根据动能定理有：0212mvqU解得mqUv2 带电粒子在电场中的变速直线运动，一般用动能动能定理定理求解即粒子被加速后速度的大小，跟粒子的质量m、电荷量q、加速度过程始末位置的电势差U有关，跟电场是否均匀、粒子的具体路径无关如图，在点电荷如图，在点电荷+Q+Q的电场中，不计重力的带电粒子的电场中，不计重力的带电粒子-q-q以初速度以初速度V V0 0沿电场线沿电场线MNMN方向进入电场，方向进入电场，（1 1）分析粒子的运动情况？）分析粒子的运动情况？+QPMNV0-q（2）若此粒子质量为）若此粒子质量为m,运动到运动到N点速度恰好为零，点速度恰好为零，求求MN两点的电势

6、差两点的电势差UMN 解：解：12kkEEW合由动能定理由动能定理20210mvqUMNqmvUMN220能否用牛顿定律求解？能否用牛顿定律求解？处理非匀变速直线运动：动能定理求解处理非匀变速直线运动：动能定理求解练习练习加速度减小的减速直线运动 ld+-+Uv0+q、m三三.带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转(不计粒子的重力不计粒子的重力,垂直电场方向垂直电场方向进入进入)若带电粒子以初速度若带电粒子以初速度 沿垂直于场强方向进入电场，沿垂直于场强方向进入电场，带电粒子的运动将如何？带电粒子的运动将如何？0v ld+-+Uv0+q、mF+vv0vyy偏转角偏转角偏移量偏移量试根据类

7、平抛知识，推导偏移试根据类平抛知识，推导偏移量量 y和偏转角和偏转角三三.带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转(不计粒子的重力不计粒子的重力,垂直进入电场垂直进入电场)三三.带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转(不计粒子的重力不计粒子的重力,垂直电场方向垂直电场方向进入进入)mdqUmEqmFa20222121mdvqUlaty200tanmdvqUlvvy0vvxtvl0(1)(1)平行板面方向：平行板面方向：(2)(2)垂直板面方向：垂直板面方向：偏移量偏移量y y：加速度加速度:离开电场时离开电场时速度速度偏转角的正切偏转角的正切 :tan初速度为零的匀加速直线运动初速度

8、为零的匀加速直线运动匀速直线运动匀速直线运动0vlmdqUatvy竖直速度竖直速度vy:三三.带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转(不计粒子的重力不计粒子的重力,垂直进入电场垂直进入电场)ld +Uv0+qmFv0vyy-xv2l三三.带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转(不计粒子的重力不计粒子的重力,垂直电场方向垂直电场方向进入进入)如果是负电荷呢？如果是负电荷呢？四四.带电粒子在电场中先加速再偏转带电粒子在电场中先加速再偏转v v_ +-U2v v0 0yOv v0 0v vy yv v0 0+U1-qmld若若v0是粒子从静止开始经一电压为是粒子从静止开始经一电压为U1的

9、加速电场获得的加速电场获得的，则粒子飞出时的偏转距离的，则粒子飞出时的偏转距离y和偏转角和偏转角 又如何？又如何？FF-q即：又dmvlqU202tan20121mvqUqUmv1202dmvlqUy20222解：粒子在加速电场中加速时，由动能定理有：带电粒子在电场中带电粒子在电场中先加速后偏转先加速后偏转时，时，偏移偏移量量 y和偏转角和偏转角均与均与粒子的粒子的q和和m无关无关，只跟电场，只跟电场本身有关。本身有关。则有：1224dUlUy 122tandUlU若若v0是粒子从静止开始经一电压为是粒子从静止开始经一电压为U1的加速电场获得的加速电场获得的，则粒子飞出时的偏转距离的，则粒子飞

10、出时的偏转距离y和偏转角和偏转角 又如何？又如何？四四.带电粒子在电场中先加速再偏转带电粒子在电场中先加速再偏转P38练习第练习第4题题让一价氢离子、一价氦让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物离子和二价氦离子的混合物经过同一加速电场由静止开经过同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电始加速，然后在同一偏转电场里偏转，它们是否会分为场里偏转，它们是否会分为三股？请说明理由。三股？请说明理由。比较离子在偏转电场的偏移量比较离子在偏转电场的偏移量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

11、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三股如图所示为两组平行金属板，一组竖直放置，一组水平放如图所示为两组平行金属板，一组竖直放置，一组水平放置，今有一质量为置，今有一质量为m m的电子静止在竖直放置的平行金属板的的电子静止在竖直放置的平行金属板的M M点，经电压点，经电压U U1 1加速后通过加速后通过N N点进入两板间距为点进入两板间距为d d、电压为、电压为U U2 2的水平放置的平行金属板间，若电子从两块水平平行板的的水平放置的平行金属板间，若电子从两块水平平行板的正中间正中间射入，且最后电子射入，且最后电子刚好刚好能从右侧的两块平行金属板能从右侧的两块平行金属板穿出

12、，穿出，M M、N N分别为两块竖直板的中点，求：分别为两块竖直板的中点，求：（1 1）电子通过）电子通过N N点时的速度大小；点时的速度大小；（2 2）右侧平行金属板）右侧平行金属板ABAB的长度；的长度；练习练习2：（带电粒子电场中的偏转）（带电粒子电场中的偏转）U1d,U2ABMN思路：思路：vtLAB(2)22221212tmdqUatde（1）2121mveU如图，电子在电势差为如图，电子在电势差为U U1 1的加速电场中由静止开的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为始加速，然后射入电势差为U U2 2的两块平行极板间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

13、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条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角 变大的是变大的是 A A、U U1 1变大、变大、U U2 2变大变大 B B、U U1 1变小、变小、U U2 2变大变大C C、U U1 1变大、变大、U U2 2变小变小 DD、U U1 1变小、变小、U U2 2变小变小练习练习3 3:20121mvqU 1202qUmvdmvleU202tan析与解析与解对加速过程由动能定理：对加速过程由动能定理：对偏转过程由偏转角

14、正切公式：对偏转过程由偏转角正切公式：dUlU122与粒子的与粒子的电量电量q q、质量质量mm无关无关dUlUy1224练习练习4：如图所示，二价氦离子和质子的混如图所示，二价氦离子和质子的混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同一荧光同一偏转电场中，偏转后，打在同一荧光屏上，则它们（屏上，则它们（）A.侧移相同侧移相同 B.偏转角相同偏转角相同 C.到达屏上同一点到达屏上同一点 D.到达屏上不同点到达屏上不同点dUlUy1224dUlU122tanABC1.示波器作用：是一种用来观察示波器作用：是一种用来观察 随时间变化的电子

15、仪器。随时间变化的电子仪器。2.它的核心部件是示波管它的核心部件是示波管:、和和 组成，组成，管内抽成真空。管内抽成真空。3、示波管的基本原理：电子在加速电场中被 ，电子在偏转电场中被 。电信号电信号电子枪电子枪 偏转电极偏转电极荧光屏荧光屏加速加速偏转偏转产生产生高速高速飞飞行的行的电子束电子束四、示波器的原理四、示波器的原理电子沿电子沿Y Y方方向向向上向上偏移偏移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，电子高，电子将打在荧光屏的什么位置？将打在荧光屏的什么位置？四、示波器的原

16、理四、示波器的原理电子沿电子沿Y Y方方向向向下向下偏移偏移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，电子高，电子将打在荧光屏的什么位置？将打在荧光屏的什么位置？四、示波器的原理四、示波器的原理电子沿电子沿X X方方向向向里向里偏移偏移3 3）如果在电极）如果在电极YYYY 之间不加电压，而在之间不加电压，而在XXXX 之间加之间加不变电压不变电压，使，使X X的电势比的电势比X X 高，电子高，电子将打在荧光屏的什么位置？将打在荧光屏的什么位置？四、示波器的原理四、示波器的原理电

17、子沿电子沿X X方方向向向外向外偏移偏移4 4）如果在电极）如果在电极YYYY 之间不加电压，而在之间不加电压，而在XXXX 之间加之间加不变电压不变电压，使，使X X 的电势比的电势比X X高，电子高，电子将打在荧光屏的什么位置？将打在荧光屏的什么位置？四、示波器的原理四、示波器的原理0tt0tt1 1电子沿电子沿Y Y方向方向向上向上偏移偏移5 5）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，在荧光屏上会，在荧光屏上会看到什么图形？看到什么图形？四、示波器的原理四、示波器的原理t t1 1tttt2 2电子沿电

18、子沿Y Y方向方向向下向下偏移偏移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，在荧光屏上会，在荧光屏上会看到什么图形？看到什么图形？四、示波器的原理四、示波器的原理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6 6）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压交变电压，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的电势比的电势比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？四、示波器的原理四、示波器的原

19、理t t1 1tttt2 2电子沿电子沿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6 6）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压交变电压，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的电势比的电势比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？四、示波器的原理四、示波器的原理电子沿电子沿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7 7）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压交变电压，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的电势比的电势比

20、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？四、示波器的原理四、示波器的原理XOA B CD E FA B CD E FABOCt1DEFt28 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压交变电压，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，在荧光，在荧光屏上会看到什么图形？屏上会看到什么图形？Y四、示波器的原理四、示波器的原理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

21、的原理 例6 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上加上上加上如图所示的电压如图所示的电压U Uy y=U=Ummsinsin t t，在，在荧光屏图上画出所观察到的亮线的荧光屏图上画出所观察到的亮线的形状（设形状（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上加上上加上图所示电压，试在图上画出所观图所示电压，试在图上画出所观察到的亮线的形状。察到的亮线的形状。（3 3

22、）如果在）如果在YYYY和和XXXX上同时加上上同时加上上述电压，试在图上画出所观察到上述电压，试在图上画出所观察到的亮线的形状。的亮线的形状。受受力力分分析析判断运判断运动性质动性质（画出（画出轨迹）轨迹）选择选择解题解题方法方法直线运动直线运动类平抛运动类平抛运动较复杂曲较复杂曲线运动线运动常用能量观点常用能量观点主要从运动主要从运动和力的关系和力的关系分析或动能分析或动能定理定理课课堂堂小小结结课堂小结：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遵循牛顿运动定律遵循牛顿运动定律从做功和能量的角度分析从做功和能量的角度分析动能定理（首选）动能定理（首选）类平抛运动的分析方法类平抛运动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解题思想：解题思想：化曲为直化曲为直