10.5带电粒子在电场中运动（36张PPT）

(共36张PPT)
10.5 带电粒子在电场中的运动
带电粒子在匀强电场中运动状态：
匀变速直线运动—加速、减速
匀变速曲线运动
1.平衡
（F合=0）
2.匀变速运动
（F合≠0）
静止
匀速直线运动
可能是
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。
带电粒子可以在电场中
做匀速圆周运动吗？
3、某些带电体（带电微粒）是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定
电场中的带电粒子一般可分为两类：
1、基本带电粒子：如电子，质子，α粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比很小，一般都不考虑重力，除非有说明或有明确的暗示。（但并不能忽略质量）。
2、宏观带电体：如带电小球、液滴、尘埃等。一般都要考虑重力，除非有说明或有明确的暗示。
一、带电粒子在电场中的加速
如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U。两板间有一带正电荷q的带电粒子。它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？(不考虑粒子的重力）
q
U
m
+
_
带电粒子的加速
d
q
U
m
+
_
带电粒子的加速
d
1、受力分析:（忽略重力）
水平向右的电场力（与运动方向相同）
F＝Eq=qU/d
F
2、运动分析:
初速度为零，加速度为a=qU/md的向右匀加速直线运动。
解法一　运用运动学知识求解
解法二　运用动能定理求解
思考
如初末位置间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？
第一种方法不适用 ，第二种方法仍适用！
所以
利用动能定理进行处理
V0≠0时呢
二、带电粒子在电场中的偏转
U
L
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
Y
d
Y′
如图所示，在真空中水平放置一对金属板Y和Y’，板间距离为d。在两板间加以电压U，一电荷量为q质量为m的带正电粒子从极板中央以水平速度v0射入电场。试分析带电粒子在电场中的运动情况。
(不计粒子的重力)
v0
q
1、受力分析：粒子受到竖直向下的电场力F＝Eq=qU/d。
2、运动规律分析:粒子做类平抛运动。
v
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
v0
Y
d
U
Y′
q
L
x方向：匀速直线运动
Y方向：加速度为
的 匀加速直线运动。
y
v0
vy
v
v0
vy
Φ
F
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类平抛的问题。
粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动
粒子在与电场平行的方向上做初速为零的匀加速运动　
3、x方向　
4、y方向
5、偏转角：
6、V的反向延长线交于水平位移的中点
V的反向延长线交于初速度方向位移的中点
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
φ
v
v0
vy
y
+
_
U1
U2
v0
L
-q
m
三、 加速和偏转一体
思考题：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。
答：通过加速电场时获得的动能Ek=qU,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。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。轨迹相同，但到达同一点的时间可以不同
思考题：让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物以相同的初速度进入同一偏转电场偏转，通过偏转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。
答：三种粒子会分开为三股
在示波管模型中，带电粒子经加速电场U1加速，再经偏转电场U2偏转后，需再经历一段匀速直线运动才会打到荧光屏上而显示亮点P，如图6－3－7所示．
图6－3－7
四、 加速和偏转、匀速直线一体
(1)确定最终偏移距离
思路①
思路②
(2)确定偏转后的动能(或速度)
思路①
思路②
图6－3－9
B
图6－3－9
A
示波管是示波器的核心部件。现在，示波器已经成为科学研究检测和修理各种电子仪器不可缺少的工具。这一节我们学习示波管的结构和工作原理。
电子枪
荧光屏
偏转电极
+
-
X
X
、
y
、
y
X
X
、
Y
、
Y
亮斑
五、示波管原理
从右向左看
四、示波器
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），由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。
3、原理（1）、偏转电极不加电压：从电子枪射出的电子将沿直线运动，射到荧光屏的中心点形成一个亮斑。
（2）、仅在YY ’（或XX ’）加电压
（3）、在YY ’和XX ’上都加电压
1.如果偏转电极XX'之间和偏转电极YY'之间都不加电压，
电子枪发射出电子，最后打在荧光屏上的位置在哪里？
亮斑
X'
X
Y
Y'
2.如果偏转电极XX'之间不加电压，而在偏转电极YY'之间加不变的电压（Y正、Y’负)，电子将打在荧光屏上什么位置？试着标出
亮斑
X'
X
Y
Y'
3.如果偏转电极YY'之间不加电压，而在偏转电极XX'之间加不变的电压（X正、X’负)，电子将打在荧光屏上什么位置？试着标出
亮斑
X'
X
Y
Y'
4.如果偏转电极XX'之间不加电压，而在偏转电极YY'之间加正弦电压，在荧光屏上将看到什么图形，试着画出
X'
X
Y
Y'
5.如果偏转电极YY'之间还是上述正弦电压，而在偏转电极XX'之间加不变的电压（X正、X’负)，在荧光屏上将看到什么图形，试着画出
X'
X
Y
Y'
6.如果偏转电极YY'之间还是上述正弦电压，而在偏转电极XX '之间加不变的电压（X负、X’正)，在荧光屏上将看
到什么图形，试着画出
X'
X
Y
Y'
7.如果偏转电极YY'之间还是上述正弦电压，而在偏转电极XX'之间加扫描电压（锯齿状)，在荧光屏上将看到什么图形，试着画出
X'
X
Y
Y'
如果在XX’偏转板上加扫描电压的同时，在YY’偏转板上加随时间而变化的电压（周期与扫描电压相同），我们就可以在荧光屏上看到与YY’偏转板上的电压随时间而变化的情况相同的波形
当亮斑一个接一个非常快速的打在荧光屏上，由于视觉暂留，我们看到的将是一个稳定的图象
即信号电压（YY’偏转板上所加电压）
随时间变化图象
例题1、如图10.5-1 甲，某装置中，多个横截面积相同的金属圆筒依次排列，其中心轴线
在同一直线上，圆筒的长度依照一定的规律依次增加。序号为奇数的圆筒和交变电源的一个极相连，序号为偶数的圆筒和该电源的另一个极相连。
交变电源两极间电势差的变化规律如图10.5-1 乙所示。在t ＝ 0 时，奇数圆筒相对偶数圆筒的电势差为正值，此时位于和偶数圆筒相连的金属圆板（序号为0）中央的一个电子，在圆板和圆筒1 之间的电场中由静止开始加速，沿中心轴线冲进圆筒1。
为使电子运动到圆筒与圆筒之间各个间隙中都能恰好使静电力的方向跟运动方向相同而不断加速，圆筒长度的设计必须遵照一定的规律。若已知电子的质量为m、电子电荷量为e、电压的绝对值为u，周期为T，电子通过圆筒间隙的时间可以忽略不计。则金属圆筒的长度和它的序号之间有什么定量关系？第n个金属圆筒的长度应该是多少？
～
直线加速器