10.5带电粒子在电场中的运动(共25张ppt)

(共25张PPT)
第五节
重点难点
重点:
带电粒子在电场中的加速和偏转规律
难点:
带电粒子在电场中的偏转问题及应用。
应用：
知道示波管的主要构造和工作原理。
带电粒子的加速
加速后粒子的速度怎样计算呢？
由动能定理可得
U
当V0一定时，U越大，则V越大；U越小，V越小
当U 一定时，V0越大，则V越大；V0越小，V越小
对某一粒子（m.q一定）
由牛顿定律得：
若在匀强电场中
单级加速---电子枪
低压电源加热灯丝产生热电子
高压电源产生加速电场
原理：
Uq=mv2/2－0
多级加速
问题：如图多级平行板连接，能否加速离子？
F
多级直线加速器示意图
带电粒子的偏转
-q
φ
φ
F
运动状态分析
匀变速曲线运动（类平抛运动）
分析方法
沿初速度方向——匀速直线运动
沿电场线方向——初速度为零的匀加速直线运动
1.加速度:
2.飞行时间
3.侧移距离
4.偏角
求带电粒子离开电场时速度的大小。
方法2:根据动能定理求解
方法1:根据速度合成求解
注意加速电压U*不一定是两板的电压
不能求出方向
对粒子偏角的讨论
1.若不同的粒子是从静止经过同一电场加速电压U0加速后进入偏转电场U,由动能定理有
偏角大小与粒子q,m无关,即都相同
2.将粒子飞出电场时的速度反向延长,交原运动方向于O点,O点距电场边缘距离为x,则
粒子从偏转电场中射出时,好像从极板间l/2处沿直线射出似的
若粒子是从静止经过电场加速电压U0加速后进入偏转电场U
发生侧移y；离开电场后，打在荧光屏上行成光斑，光斑距
荧光屏中心的距离Y。结合前面结论，推出y与Y的表达式
(1)
(2)
得出：
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。
水平偏转电极，加电压如图1，竖直偏转电极加电压如图2，
荧光屏上会出现什么图形？
1、只加Ux—t电压
2、只加Uy—t电压
3、同时加Ux—t电压 和Uy—t电压
思考：
为什么叫做“示波器”
重点难点
重点:
带电粒子在电场中的加速和偏转规律
难点:
带电粒子在电场中的偏转问题及应用。
应用：
知道示波管的主要构造和工作原理。
研究方法小结：
1、研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索
（1）力和运动的关系——牛顿第二定律
（2）功和能的关系——动能定理
2、研究带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧
（1）类比与等效
电场力和重力都是恒力，在电场力作用下的运动可与重力作用下的运动类比 ---电场中的偏转为类抛体运动（类平抛、类斜抛）
（2）整体法(全过程法)
电场力的功只与始末位置有关，从电荷运动的全过程中功能关系出发(尤其从静止出发末速度为零的问题)往往能迅速找到解题入口或简化计算．-----（使用动能定理解题时）
关于重力是否考虑的问题
1 、题目明确了重力不计或不能忽略重力的情况
2 、题目未明确的情况下:
a)基本粒子(如电子、质子、离子等)重力一般忽略.
b)带电颗粒(如液滴、尘埃、小球等)重力一般不能忽略.
综合提高
如图所示,水平放置的A、B两平行金属板相距为d,现有质量为m,电量为-q的小球,从距A板高h处自由下落,通过小孔C进入电场,但没能到达B板,求AB间电势差的最小值.
解法一、[牛顿定律和运动学规律]
解法二、[运动学规律和动量定理法]
小球自由落体时间由
可得
进入电场后的匀减速运动的时间由
解法三、（动能定理法）
由W=ΔEK可列全过程的动能定理方程
mg(h+d)-qUmin=0,
Umin=mg(h+d)/q
例题2:一个电子以初速V0=3.0×106m/s沿着垂直于场强方向射入两带电平行金属板，金属板长L=6.0×10-2m，两板之间可以看成是匀强电场，场强大小为E=2×103N/C，电子的电量e=1.6×10-19C，质量m=9.1 × 10-31kg ，求:
（1）电子射离电场时的速度；
（2）出射点与入射点沿场强方向的侧移距离。
[解析]
法一：电子射入电场以后，受恒定的电场力作用，由于V0⊥F电，电子做类平抛运动。将电子的运动看成是沿X轴方向、速度为V0的匀速直线运动和沿电场力y方向、初速度为零的匀加速直线运动的合成。
如图所示:
从电子射入电场到飞出电场，两个方向
的位移和加速度为
电子飞离电场时的速度为
∴α=arctg2.33
法二：
由F=eE=ma 求出a， 由L= V0t 求出t，
[总结]本题为典型的带电粒子在电场中的偏转问题，一般的处理方法是应用运动合成的方法，它是运动学知识在电场中的运用，运用动能定理解题，可以简化解题过程。
求出Vt=7.62 ×106(m/s)