人教版高中物理选修3-1：1.9-带电粒子在电场中的运动(共45张PPT)

(共45张PPT)
带电粒子在电场中的运动
带电粒子在匀强电场中的平衡问题
1.平行电极板水平放置,如图所示,有一质量为m的带电油滴,放在两极板之间恰好保持静止,已知两极板电势差为U,间距为d.则:
A.油滴带正电,电量为mgU/d
B.油滴带正电,电量为mgd/U
C.油滴带负电,电量为mgd/U
D.油滴带负电,电量为2mgd/U
讨论(1)下板接地,上板向上平移一小段距离,则:
A.油滴受电场力增大
B.油滴将向下加速直线运动
C.油滴电势能将减小
(2)若迅速将平行板在竖直平面内顺时针转动900,那么,
油滴将做:
A.上抛运动
B.平抛运动
C.仍静止
D.匀加速直线运动
复习提问
1牛顿第二定律的表达式是什么？
2动能定理的表达式？
3.电场力做功的计算公式？
4.匀变速直线运动的基本公式有哪些？
速度公式
位移公式
导出公式
V=v0+at
x=v0t+1/2at2
v2-vo2=2ax
１、动力学方法：
一、带电粒子在电场中的加速
A
B
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
2、动能定理：
A
B
U
d
E
+
v
由动能定理：
也适用于非匀强电场
一、带电粒子在电场中的加速
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
B、电子
例与练
与电量成正比
与比荷平方根成正比
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
变式一.如图所示,电子由静止开始从A板向B板运动,当到达B板时速度为v,保持两板间电势差不变,则
A.当增大两极板间距时,v也增大
B.当减小两极板间距时,v增大
C.当改变两极板间距时,v不变
D.当增大两极板间距时,电子在两极板间运动的时间增大
A
B
由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法仍适用！
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
A
-
v0
B
q为负
例题2：如图所示，水平放置的A、B两平行板相距h，上板A带正电。现有质量为m，带电量为+q的小球在B板下方距离为H处，以初速度V0竖直向上从B板小孔进入板间电场，欲使小球刚好打到A板，A、B间电势差UAB应为多少？
h
A
B
V0
H
+
+++++++++++++
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
　一初速度为零的带电粒子经电压为U0匀强电场加速后获得v的速度，粒子通过
加速电场的时间t，不计重力作用，则:
(1)带电粒子的荷质比（q/m)为多大？
(2)匀强电场的场强为多大？
(3)粒子通过电场过程中的位移为多大？
v
二、带电粒子在匀强电场中的偏转
l
d
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
U
v0
q、m
二、带电粒子在匀强电场中的偏转
l
d
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
U
v0
q、m
F
+
v
v0
vy
y
θ
偏转角
侧移
１.沿初速度Ｖ０方向：做匀速直线运动：
２.垂直Ｖ０方向：做初速度为零的匀加速直线运动:
Vy=at
Y=
at2
1
2
类平抛运动
Vx=V0
L=V0t
二、带电粒子在匀强电场中的偏转
类平抛运动
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
二、带电粒子在匀强电场中的偏转
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
类平抛运动
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
例与练
偏转角正切与比荷成正比
偏转角正切与初动能成反比
偏转角正切与电压成正比
5、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
。
例与练
与电量成正比
与电量成正比
6、如图，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始加速，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
例与练
析与解
对加速过程由动能定理：
对偏转过程由偏转角正切公式：
与粒子的电量q、质量m无关
7、如图所示，二价氦离子和质子的混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同一荧光屏上，则它们（
）
A、侧移相同
B、偏转角相同
C、到达屏上同一点
D、到达屏上不同点
例与练
与粒子的电量q、质量m无关
8、三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞入偏转电场，如图所示。则由此可判断（
）
A、
b和c同时飞离电场
B、在b飞离电场的瞬间，a刚好打在下极板上
C、进入电场时，c速度最大，a速度最小
D、c的动能增量最小，
a和b的动能增量一样大
例与练
析与解
9、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。
例与练
θ
x
10、如图所示，有一电子(电量为e、质量为m)经电压U0加速后，沿平行金属板A、B中心线进入两板，A、B板间距为d、长度为L，
A、B板间电压为U，屏CD足够大，距离A、B板右边缘2L，AB板的中心线过屏CD的中心且与屏CD垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。
例与练
析与解
电子离开电场，就好象从中点沿直线离开的：
θ
对加速过程由动能定理：
11、质量为1×10-25kg、电量为1×10-16C的带电粒子以2×106m/s速度从水平放置的平行金属板A、B中央沿水平方向飞入板间，如图所示。已知板长L＝10cm，间距d＝2cm，当AB间电压在
范围内时，此带电粒子能从板间飞出。
例与练
v0
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
v0
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
θ
析与解
对偏转过程由偏转角正切公式：
或对偏转过程由侧移公式：
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
三、示波管的原理
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
三、示波管的原理
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方向向下偏移
三、示波管的原理
1、如果在电极XX’之间不加电压，但在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？
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
三、示波管的原理
1、如果在电极XX’之间不加电压，但在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？
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
三、示波管的原理
2、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？
0三、示波管的原理
2、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？
t1三、示波管的原理
3、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？
0三、示波管的原理
3、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？
t1三、示波管的原理
3、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
三、示波管的原理
4、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
C
D
E
F
A
B
C
D
E
F
A
B
O
C
t1
D
E
F
t2
12、如图所示的示波管，如果在YY’之间加如图所示的交变电压，同时在XX’之间加如图所示的锯齿形电压，使X的电势比X’高，在荧光屏上会看到什么图形？
例与练
Ux
t
O
t1
t2
13、如图所示的示波管，如果在YY’之间加如图所示的交变电压，同时在XX’之间加如图所示的锯齿形电压，使X的电势比X’高，在荧光屏上会看到什么图形？
例与练
Ux
t
O
t1
t2
X
Y
O
0t114、真空室中电极K发出电子（初速不计），经过电压为U1的加速电场后，由小孔S沿水平金属板A、B间的中心线射入板中，板长L，相距为d，在两板间加上如图乙所示的正弦交变电压，前半个周期内B板的电势高于A板的电势，已知电子的质量为m，带电量为e，不计电子重力，求：
（1）电子进入AB板时的初速度；?
（2）要使所有的电子都能离开AB板，图乙中电压的最大值U0需满足什么条件？
（3）在荧光屏上
会看到什么图形？
例与练
设电子进入AB板时的初速度为v0
设电子在偏转电压为U0时进入AB板间
析与解