第一章：1.9 带电粒子在电场中的运动 复习课件（共40张PPT）

(共40张PPT)
3-1　 静电场
带点粒子在电场中的运动
F=qE
学习运用电场强度、电场力等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速度、速度、位移等物理量的变化;
学习运用电势差、电场力做功等概念研究带电粒子在电场中运动时的能量的转化.
带电粒子在电场中
要受到哪些力的作用?
通常要受到重力和电场力
一个电子的质量为0.91×10-30 kg, 电荷量e=1.6×10-19 C，当它位于E=5×104V/m的电场中时:
受到的重力G为多大？
受到的电场力F为多大？
F/G=？你会发现什么？
G=mg=9×10-30N
F/G=1×1015
F=qE=8×10-15N
电子、质子、离子等微观带电粒子所受重力一般远小于电场力，重力可以忽略（有说明或暗示除外）。
注意：忽略粒子的重力并不是忽略粒子的质量
3、带电体：是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定.有些问题中隐含着忽略
重力，或考虑重力后造成题目无法解答，这时也应忽略重力。
1、微观带电粒子：如电子、质子、离子等. 带电粒子所受重力一般远小于电场力， 一般都不考虑重力(有说明或暗示除外).
2、宏观带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等. 一般都考虑重力(有说明或暗示除外).
带电体一般可分为两类：
带电粒子在电场中
受电场力
产生加速度
使速度变化
利用电场

使带电粒子
加速
偏转
+qm
V0
V=?
1、动力学观点：
U
d
E
F
v
由牛顿第二定律：
由运动学公式：
初速度不为零呢？
只适用于匀强电场
一、带电粒子的加速
电场力:F=qE
2、能量观点：
U
d
E
v
由动能定理：
适用于
任何电场
一、带电粒子的加速
电场力做功:W=qU
速度v与电势差U、比荷q/m的平方根成正比 与距离d无关
初速度不为零呢？
用动能定理解题简便
解:根据动能定理得:
例题1：炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板间加以电压U=2500V，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出。电子穿出时的速度有多大？设电子刚离开金属丝时的速度为零。
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11H． B.氘核12H．
C.α粒子24He． D.钠离子（Na+）
例与练
与电量成正比
与比荷平方根成正比
C
A
2、如图所示，M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为m、电量为+q的带电粒子，以极小的初速度由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子到达N板的速度为v，如果要使这个带电粒子到达N板的速度为2v ，则下述方法能满足要求的是 （ ） A、使M、N间电压增加为2U B、使M、N间电压增加为4U C、使M、N间电压不变，距离减半 D、使M、N间电压不变，距离加倍
例与练
M
N
U
d
v与电压平方根成正比
B
3、如图所示的电场中有A、B两点，A、B的电势差UAB＝100V，一个质量为m=2.0×10-12kg、电量为q=-5.0×10-8C的带电粒子，以初速度v0 =3.0×103m/s由A点运动到B点，求粒子到达B点时的速率。（不计粒子重力）
例与练
q为负
4、如图所示，A、B为平行金属板电容器，两板间的距离为d，在A板的缺口的正上方距离为h的P处，有一静止的、质量为m、带电量为+q的液滴由静止开始自由落下，若要使液滴不落在B板上，两板间的电压U至少为多大？两板间场强E至少为多大？
例与练
mg
mg
qE
对全过程由动能定理：
带电粒子以垂直匀强电场的场强方向射入电场。
带电粒子做类似平抛运动。
（1）在沿平行板面方向（垂直电场强度方向，x轴）做
匀速直线运动。
（2）在垂直板面方向（沿电场强度方向，y轴）做
初速度为零的匀加速直线运动。
F
X轴
y轴
带电粒子在匀强电场中的偏转 ---偏移量 y
与粒子比荷q/m成正比
与粒子初速度v0平方成反比
与电场的属性U、l、d有关
带电粒子在匀强电场中的偏转偏转角θ
与粒子比荷q/m成正比
与粒子初速度v0平方成反比
与电场的属性U、l、d有关
拓展1、 加速和偏转一体
φ
O
拓展2、试证明：带电粒子垂直进入偏转电场，离开电场时就好象是从初速度所在直线的中点沿直线离开电场的。
θ
x
例1. 静止的电子在加速电压U1的作用下从O经P板的小孔射出,又垂直进入平行金属板间的电场,在偏转电压U2的作用下偏转一段距离.现使U1加倍,要想使电子的运动轨迹不发生变化,应该（ ） A.使U2加倍
B.使U2变为原来的4倍
C.使U2变为原来的 倍
D.使U2变为原来的1／2倍
A
要使电子的轨迹不变,则应使电子进入偏转电场后,任一水平位移x所对应的侧移距离y不变.
解：电子先经加速电场加速后进入偏转电场做类平抛运动.
联立①②两式可得电子的偏移量
由此选项A正确．
例2．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的两块平行板间的匀强电场中,在满足电子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Φ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
解：电子先经加速电场加速
后进入偏转电场做类平抛运动.电子离开电场时的偏转角
联立①②两式得
故选项B正确．
平抛运动不是分解速度，就是分解位移。
例3．一束电子流在经U1＝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＝1.0cm，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？
解：电子在加速电场中加速过程中
电子在偏转电场中做类平抛运动过程中
联立①②两式可得两个极板上所加电压的最大值
瞬时速度是联系两个过程的桥梁。
3．示波管的原理
（1）示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器。其核心部分是示波管
（2）示波管的构造：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成（如图）。
（3）原理：利用了带电粒子在电场中偏转的规律，灵敏、直观地显示出电信号随时间变化的图线。
三、示波管的原理
产生高速飞行的电子束
待显示的电压信号
锯齿形扫描电压
使电子沿Y方向偏移
使电子沿x方向偏移
已知：U1、l、YY?偏转电极的电压U2、板间距d 、 板端到荧光屏的距离L。
求：电子射出偏转电场时的偏向角正切值tanφ及打到屏上电子的偏移量y?。
偏移量与YY?偏转电极的电压U2成正比
3.原理
1）、如果在电极XX’之间不加电压，而在YY’之间加不变电压，使Y的电势比Y’高，电子将打在荧光屏的什么位置？
电子沿Y方向向上偏移
四、示波器的原理
2）、如果在电极XX’之间不加电压，而在YY’之间加不变电压，使Y’的电势比Y高，电子将打在荧光屏的什么位置？
电子沿Y方向向下偏移
四、示波器的原理
3）、如果在电极 YY’之间不加电压，但在XX’之间加不变电压，使X的电势比X’高，电子将打在荧光屏的什么位置？
电子沿X方向向里偏移
四、示波器的原理
4）、如果在电极 YY’之间不加电压，但在XX’之间加不变电压，使X’的电势比X高，电子将打在荧光屏的什么位置？
电子沿X方向向外偏移
四、示波器的原理
5）、如果在电极XX’之间不加电压，但在YY’之间加如图所示的交变电压，在荧光屏上会看到什么图形？
0四、示波器的原理
6）、如果在电极XX’之间不加电压，但在YY’之间加如图所示的交变电压，在荧光屏上会看到什么图形？
t1四、示波器的原理
7）、如果在YY’之间加如图所示的交变电压，同时在XX’之间加不变电压，使X的电势比X’高，在荧光屏上会看到什么图形？
0四、示波器的原理
8）、如果在YY’之间加如图所示的交变电压，同时在XX’之间加不变电压，使X的电势比X’高，在荧光屏上会看到什么图形？
t1四、示波器的原理
8）、如果在YY’之间加如图所示的交变电压，同时在XX’之间加不变电压，使X’的电势比X高，在荧光屏上会看到什么图形？
电子沿Y方向向上向下偏，沿X方向向外偏
四、示波器的原理
10）、如果在YY’之间加如图所示的交变电压，同时在XX’之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？
X
Y
O
A
B
O
C
t1
D
E
F
t2
四、示波器的原理
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
X
例8
水平放置的两块平行金属板长l =5cm，两板间距d=1cm，两板间电压为U=90V，且上板带正电，一个电子沿水平方向以速度v0=2.0×107m/s，从两板中央射入，求：
（1）电子偏离金属板的侧位移是多少？
（2）电子飞出电场时的
速度是多少？
（3）电子离开电场后，
打在屏上的P点，
若s=10cm，求
OP的长．
o?
（1）0.49cm，（2）2.04×107m/s，（3）0.025m
A
B