1.9 带电粒子在电场中的运动 课件(共30张PPT)

(共30张PPT)
第九节 带电粒子在电场中的运动
复习：
1、基本规律和定律：
1） 匀变速运动规律—匀变速直线运动的所有公式；
2）牛顿运动定律——牛顿三大定律；
3）曲线运动的处理方法——运动的合成和分解；
4）动能定理；
5）能量守恒定律;
2 、处理问题的要点：注意区分不同的物理过程，弄清在不同物理过程中物体的受力情况及运动性质。
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
电场中的带电粒子一般可分为两类：
1、带电的基本粒子：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。（但并不能忽略质量）。
2、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。
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—偏转
1.平衡
（F合=0）
2.匀变速运动
（F合≠0）
静止
匀速直线运动
一、带电粒子在电场中的加速
+
-
例题：在加上电压U并处于真空中的金属板间有一正电荷q，质量为m，只在电场力作用下从静止释放，电荷将做什么运动？
求电荷到达负极板时的速度？
q

F
A
B
1、运用运动学和动力学方法求解，设板间距为d,因电场力为恒力，所以有
2、运用能量观点求解
注：该方法不仅适用于匀强电场也适用于非匀强电场。
例题1：实验表明，炽热的金属丝可以发射电子。在炽热金属丝和金属板间加以电压U=2500V，从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出。电子射出后的速度有多大？设电子刚从金属丝射出时的速度为零。
- U +
金属丝 金属板
V
E
电子的质量为0.91×10-30 kg，电子的电荷量e=1.6×10-19 C
解：金属丝和金属板间的电场虽然不是匀强电场，但仍可用
可得
代入数据得：v=3.0×107 m/s
一、带电粒子(微粒)在电场中的直线加速问题
基本思路：先判断是什么电场，分析物体受力情况及运动性质。
1.在匀强电场中
(1)牛顿第二定律与运动规律综合处理;
(2)应用能量（动能定理）的观点分析问题；
2.在非匀强电场中
应用能量(动能定理）分析问题.
如图一带电粒子以垂直匀强电场的场强方向以初速度v0射入电场，若不计粒子的重力，带电粒子将做什么运动？
l
v0
d
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-q
F
二、带电粒子在匀强电场中的偏转
-q
y
垂直电场方向：匀速直线运动
沿电场方向：初速为零的匀加速直线运动
m
U2
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
d
L
F
v0
X
Y
垂直电
场方向:
沿电场
方向:
ay=F/m=qE/m=qU/md
运动分析
Vt2=V02+Vy2
Φ=
做类似平抛运动
Vx=V0
X =V0t
例题2：如图所示一电子以初速度V0=3.0X107m/s沿垂直电场方向射入的电场，两极板的长度为L=6.0cm，相距d=2cm，极板间电压U=200V.求
2）电子射出电场时沿垂直板面方向偏移的距离y；
1）电子射出电场所用时间；
3)电子离开电场时偏转的角度φ；
4)如何求电子离开电场时的速度？
y
v0
-q
φ
m
U
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
d
L
F
vt
v0
vy
解：1）电子在垂直电场方向做匀速运动，由 L=v0t
可求得电子在电场中的运动时间t=L/v0，
2）电子在沿电场方向做匀加速运动，加速度 a=F/m=qE/m=eU/md.
电子射出电场时竖直偏移的距离y=at2 /2，
（其中t为电子在电场中运动时间），
根据y=at2 /2中，得到 代入数值得y=0.36cm
3）电子离开电场时沿电场方向的分速度为Vy，
离开电场时的偏转角度为 角度为6.8度
Vt2=Vx2+Vy2
4)电子离开电场时的速度为
如图所示,初速度为零的电子在电势差为U1的电场中加速后,垂直进入电势差为U2的偏转电场,在满足电子能射出偏转电场的条件下,下列四种情况中,一定能使电子的偏转角度变大的是( )
A. U1变大, U2变大
B. U1变小, U2变大
C. U1变大, U2变小
D. U1变小, U2变小
B
U2
U1
一束电子流在经U=5000V的加速电压加速后,在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场,如图所示,若两板间距d=1.0 cm,板长l=5.0cm,那么,要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加多大电压.
U
d
l
偏转电压越高,偏转量就越大.
设电子刚好能从极板边缘飞出.即这时偏转量最大等于d/2,所加电压为最大值.
如图所示,初速度为零的α粒子和电子在电势差为U1的电场中加速后,垂直进入电势差为U2的偏转电场,在满足电子能射出偏转电场的条件下,正确的说法是( )
A. α粒子的偏转量大于电子的偏转量
B. α粒子的偏转量小于电子的偏转量
C. α粒子的偏转角大于电子的偏转角
D. α粒子的偏转角等于电子的偏转角
D
U2
U1
带电粒子的偏移量由系统决定,而与粒子的质量、电荷量无关
设偏转极板长为l=1.6cm, 两板间的距离为d=0.50cm,偏转板的右端距屏L=3.2cm,若带粒子的质量为1.6X10-10kg,以20m/s的初速度垂直电场方向进入偏转电场,两偏转板间的电压是8.0X103V,若带电粒子打到屏上的点距原射入方向的距离是2.0cm,求这带电粒子所带电荷量(不计空气阻力和重力).
V0
2.0cm
y
l
L
偏转
匀速直线运动
V1
l/2
练习1：一个初速度为零的电子，在场强为4.0×103 V/m的匀强电场中被加速，求经过2.0×10-8 s后，电子的速度和动能。
解：①电子在匀强电场中的加速度:
a=F/m = eE/m
　速度:v=at= eEt/m = 1.4×10-7 m/s
　
②动能Ek=
=8.9×10-17 J
　
练习2。一动能为1000eV的电子，沿着与电场垂直的方向进入匀强偏转电场，已知偏转电极长6.0cm，相距离1cm，偏转电压4.0V，求电子离开偏转电场时的偏转角度。
解：由偏转角度公式
及1eV=1.6×10-19J,
　
　有 =
=0.012,
　　　　　得：φ=0.69°
三、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）、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’
电子枪
偏转电极
-
+
荧光屏
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
1.如果在电极XX’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’
1.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’
2.如果在XX’ 之间不加电压,而在YY’之间所加的电压按图所示的规律随时间变化，在荧光屏会看到什么图形？
Uy
t
电子枪
偏转电极
-
+
荧光屏
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
3.如果YY’之间的电压仍然如图所示，而在XX’ 之间加不变的电压(X正、X’负”), 在荧光屏会看到什么图形？
Ux
t
电子枪
偏转电极
-
+
荧光屏
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
3.如果YY’之间的电压仍然如图所示，而在XX’ 之间加不变的电压(X负、X’正), 在荧光屏会看到什么图形？
Uy
t
电子枪
偏转电极
-
+
荧光屏
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
3.如果YY’之间的电压仍然如图所示，而在XX’ 之间所加的电压按图所示, 在荧光屏会看到什么图形？
Uy
t
UX
t
t2
t2
如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象
电子枪
偏转电极
-
+
荧光屏
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
UX
t
课堂小节
1．带电粒子在匀强电场中的运动：加速和偏转。
处理方法：运动学观点或能的观点。
2．示波管的构造及工作原理。