1、1.9 带电粒子在电场中的运动 回顾与思考 1、动能定理 = k WE 合 2、平抛运动：水平方向的匀速直线运动 竖直方向自由落体运动 3、 带电粒子：即基本粒子：如电子、质子、粒子、离 子等除有说明或明确的暗示外，一般都不考虑重力，但 不能忽略质量。 带电质点：如带电液滴、油滴、尘埃颗粒、小球等， 除有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。 学习目标 1 学习运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子 在电场中运动时的加速度、速度和位移等物理量 的变化。 2 学习运用静电力做功、电势、电势差、等势面等 概念研究带电粒子在电场中运动时的能量转化。 3 了解示波管的工作原理，体会静电场知识对科学 技
2、术的影响。 带电粒子的加速 1. 动力学角度 带电粒子做匀变速直线运动： 2. 功能角度分析 粒子只受静电力作用，静电力做的功等于粒子动能的变 化量。 2 2 2 FEqUq aUq vmmdm m vad 若初速度为 0 ，则： 若初速度不为 0，则： 2 1 0 2 qUmv 2Uq v m 22 0 11 22 qUmvmv 2 0 2Uq vv m v0 q m v u d 带电粒子的偏转 1. 动力学分析 带电粒子以初速度v0垂直进入平行板产生的匀强电场中，受 到与初速度方向垂直的静电力的作用做匀变速曲线运动， 是类平抛运动。 2. 运动的分析 （1）在垂直于电场线方向上不受任何力，
3、做匀速直线运动。 （2）在平行于电场线方向，受到静电力做初速度为0 的匀加 速直线运动。 偏转角 侧移 3. 深入探究 l d + - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + U v0 q、m F + v v0 vy y 粒子受力情况：仅受电场力： 粒子在极板间运动的时间： 粒子在极板间运动的加速度： 粒子射出电场时的偏转距离： 粒子离开电场时竖直方向的速度： 粒子射出电场时速度的偏转角满足： 0 L t v U FqEq d FEqUq a mmmd 合 2 2 2 0 1 22 UqL yat mdv 0 y UqL vat mdv 2 00 t
4、an y v UqL vmdv 由此可得到两个结论： 初速度相同的带电粒子，无论m、q是否相同，只要 q/m 相同，则偏转距离 y 和偏转角度 都相同。 初动能相同的带电粒子，只要 q 相同，无论 m 是否 相同，则偏转距离 y 和偏转角度 都相同。 4. 粒子做类平抛运动的推论 （1）不同的带电粒子由静止经过同一加速电场（U1）加速后， 又进入同一偏转电场（U2），则它们的运动轨迹必然重合。 不同的带电粒子由静止经过同一加速电场（U1）加速后， 由动能定理得 粒子加速后的速度为 2 10 1 2 qUmv 1 0 2U q v m 进入偏转电场后沿静电力方向的分速度 偏转角的正切值 粒子的偏
5、转距离 偏转角与偏转距离都与m、q无关，它们的运动轨迹必然重合 2 0 y U qL vat mdv 22 2 001 tan 2 y v U qLU L vmdvU d 22 2 22 2 01 1 224 U qLU L yat mdvU d （2）粒子从偏转电场射出时，其速度v的反向延长线过水平 位移的中点。 粒子偏转距离 粒子射出速度的方向延长线交中线于O点，O点到电场右边 缘为x，则 22 2 22 2 01 1 224 U qLU L yat mdvU d 22 02 2 02 . tan22 mdvU qLyL x mdvqU L 思考 1.若考虑带电粒子的重力且重力方向与静电力
6、方向相同，轨迹 还是抛物线吗？为什么？ 是，因为重力与静电力在同一个方向，F合=mg+Eq，F合恒 定且与初速度垂直，粒子仍做类平抛运动。 2. 若带电粒子的重力方向与静电力方向相反，当粒子垂直进入 匀强电场中时，轨迹可能是什么图线？ 若mg=Eq，则粒子做匀速直线运动，轨迹是直线；若mg Eq ，则轨迹为抛物线。 示波管的原理 1. 作用：观察电信号随时间变化的情况 2. 组成：示波管（内部是真空的）、电子枪、偏转电极和 荧光屏组成。 电子枪 偏转电极 - + 荧光屏 Y Y X X Y Y X X 产生高速飞 行的电子束 使电子沿Y 方向偏移 使电子沿x 方向偏移 3.原理 如果在电极XX
7、之间不加电压，但在YY之间加不变的电压， 使Y的电势比Y高(有时说这种情况是”Y正、Y负”)，电子 束运动过程中受哪个方向的力?电子将打在荧光屏的什么位 置？ 电子枪 偏转电极 - + 荧光屏 Y Y X X Y Y X X 如果在YY 之间不加电压，而在XX 之间加不变的电压， （X正、X 负），电子将打在荧光屏的什么位置？ 电子枪 偏转电极 - + 荧光屏 Y Y X X Y Y X X 示波管实际工作时，竖直偏转电极和水平偏转 电极都加上电压，一般加在竖直偏转电极上的电压是 要研究的信号，加在水平偏转方向的是扫描电压，若 二者周期相同，在荧光屏上就会显示出信号电压随时 间变化的波形图。 课堂小结 带电粒子 在电场中 的运动 加速 偏转 类平抛 初速度方向匀速直 线运动 静电力方向匀加速 直线运动 示波管 构造 原理 22 0 11 22 qUmvmv 巩固训练 例1下列粒子由静止经加速电压为U的电场加速后， 哪种粒子动能最大（ ），哪种粒子速度最大（ ） A、质子 B、电子 C、氘核 D、氦核 B D 例2. 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，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同 一荧光屏上，则它们（ ） A、侧移相同 B、偏转角相同 C、到达屏上同一点 D、到达屏上不同点 ABC
