10.5带电粒子在电场中的运动 课件(共27张PPT)——高中物理人教版必修第三册课件

(共27张PPT)
带电粒子在电场中的运动
*
带电粒子有哪些
(1)微观粒子
如电子、质子、α粒子、离子等,除有说明或有明确的暗示以外,此类粒子一般不考虑重力．即G=0;m≠0
(2)宏观微粒
如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确的暗示以外,一般要考虑重力,即G≠0;m≠0 ．
*
带电粒子在匀强电场中可能会做哪些运动
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
在现代科学实验和技术设备中, 常常利用电场来改变或控制带电粒子的运动.利用电场使带电粒子加速、利用电场使粒子偏转,就是两种最简单的情况.
*
+
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
_
_
_
_
_
U
U
E
加速
匀速
匀速
一.带电粒子在电场中加速
1.受力情况
2.运动形式
3.能量转化
只受电场力，且电场力方向与初速度方向相同
匀加速直线运动
电势能转化为动能
*
1.如图:在真空中有一对平行金属板,由于接到电池组上而带电,两板间的电势差为U.若一个质量为m、由带正电荷q的粒子,在静电力的作用下由静止开始从正极板运动,计算它到达负极板时的速度.
+
－
q
练一练:
*
解法一　运用运动学知识求解
解法二　运用能量知识求解
若粒子在非匀强电场中加速,上述结论还成立吗
如图所示，两极间的电压是U，板间是一非匀强电场.设有一负电荷q、质量为m 的带电粒子从负极处由静止开始向正极板运动，求：粒子到达正极板时的速度
解：根据动能定理：
联立得：
-
+
q
依然成立!
*
若粒子的初速度不为零
2. 如图所示P和Q为两平行金属板，板间电压为U，在P板附近有一电子由静止开始向Q 板运动，关于电子到达Q板时的速率，下列说法正确的是：（ ）
A.两板间距离越大,加速时间越长，获得的速率就越大
B.两板间距离越小，加速度越大，获得的速率就越大
C.与两板间距离无关，仅与加速电压U有关
D.以上说法都不正确
练一练:
*
1.受力情况
2.运动形式
3.能量转化
只受电场力，且电场力方向与初速度方向垂直
类平抛运动
电势能转化为动能
二.带电粒子在电场中偏转
金属板
+
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
_
_
_
_
_
I
正电荷
*
二.带电粒子在电场中偏转
-
+
d
F
⒈基本关系
⒉导出关系
偏移量
速度偏角
⒊两个推论
M
V反向延长线交于水平位移中点M
*
位移偏角
3、质子(质量为m、电量为e)和二价氦离子(质量为4m、电量为2e)以相同的初动能垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转角正切之比为 ，侧移之比为 。
与电量成正比
与电量成正比
2:1
2:1
强化练习
4、质量为m、带电量为q的粒子以初速度v从中线垂直进入偏转电场，刚好离开电场，它在离开电场后偏转角正切为0.5，则下列说法中正确的是
A、如果偏转电场的电压为原来的一半，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25
B、如果带电粒子的比荷为原来的一半，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25
C、如果带电粒子的初速度为原来的2倍，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25
D、如果带电粒子的初动能为原来的2倍，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25
√
√
√
强化练习
L
三、 加速和偏转一体
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
φ
v
v0
vy
+
_
U1
U2
v0
-q
m
y
2
5
电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动,然后射入电势差为U2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θ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
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。
答案：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。
v
vy
y
L
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
φ
v0
+
-
U1
U2
v0
-q
m
思考题
Y
Y’
X
X’
-
-
-
+
-
若金属平行板水平放置,电子将在竖直方向发生偏转
若金属平行板竖直放置,电子将在水平方向发生偏转
偏转电极的不同放置,电荷运动如何
+
*
三.示波管的原理
示波器:是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。
核心部件：
(由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。)
示波管
电子枪部分：
偏转电极部分：
荧光屏部分：
发射出电子
使电子沿两方向偏转
电子使荧光物质受激而发光
电子枪
偏转电极
荧
光
屏
*
电子枪
偏转电极
-
+
荧光屏
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
1.如果只在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
O
Uy
*
电子枪
偏转电极
-
+
荧光屏
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
2.如果只在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
O
Ux
*
-
+
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
Uy
t
O
3.如果只在YY’之间加如图所示的变化的电压,在荧光屏上会看到什么图形
*
示波器图象
-
+
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
4.如果只在XX′之间加如图所示的变化的电压,在荧光屏上会看到什么图形
O
Ux
*
示波器图象
Uy
t
O
5.如果 之间的电压仍然如图所示，而在电极 之间加不变的
电压，在荧光屏上会看到什么图形？试着画出来。
O
Ux
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’
6.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？
UX
t
t2
Uy
t
O
*
X
Y
O
A
B
C
D
E
F
A
B
C
D
E
F
A
B
O
C
t1
D
E
F
t2
电子枪
偏转电极
-
+
荧光屏
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
*
XX′电极上的电压叫扫描电压.
YY′电极上的电压叫信号电压.
u
t
0
UX
t
*
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
-
+
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
UX
t
Uy
t
O
*
示波器图象
要在屏上得到一个正弦图象, 信号电压和扫描电压的周期应满足什么关系 两个呢 n个呢
得到一个完整的正弦波形满足
得到两个完整的正弦波形呢
uy
t
0
UX
t
得到n个完整的正弦波形呢
*
5.如图所示是示波管的示意图，竖直偏转电极的极板长l＝4 cm，板间距离d＝1 cm，板右端距离荧光屏L＝18 cm.(水平偏转电极不加电压，没有画出)电子沿中心线进入竖直偏转电场的速度是1.6×107 m/s，电子电荷量e＝1.60×10－19 C，质量m＝0.91×10－30 kg.问：
练一练:
(1)要使电子束不打在偏转电极的极板上，加在竖直偏转电极上的最大偏转电压U不能超过多大？
(2)若在偏转电极上加U＝40sin 100πt V的交变电压，在荧光屏的竖直坐标轴上能观测到多长的线段？
(1)91 V　(2)4.4 cm
*