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46张PPT)

(共46张PPT)
带电粒子在电场中的受力与运动
3、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
电场中的带电体一般可分为两类：
1、带电的基本粒子：如电子，质子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比要小得多，除非有说明或明确的暗示以外，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。
带电粒子在电场中的两类典型运动
1、利用电场加速粒子
2、带电粒子在匀强电场中的偏转
可以是匀强电场或非匀强电场
+
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
_
_
_
_
_
U
一、带电粒子的加速
U
E
加速
匀速
匀速
+qm
V0
V=?
方法一：牛顿运动定律
方法二：动能定理
分析方法：
仅适用于匀变速运动
适用于任意运动
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
若增大两板距离d,
v怎么变?
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
若增大两板距离d,
v怎么变?
例题：
已知：U=2500V，初速为0
求：电子穿出时的速度？
带电粒子：质子，电子等无特殊说明都不计重力，但必须考虑质量、计算其动能
G
<<
F
1、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
2、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
二、带电粒子在匀强电场中的偏转
l
d
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
U
v0
+q、m
已知板间电压为U,间距为d,长为l；带点粒子电量为q,质量为m，初速度为v0,垂直于场强。(1)画出粒子的运动轨迹；(2)求粒子离开电场时的速度方向与原来速度方向的偏转角θ的正切值；(3)求粒子离开电场时的侧向位移y。
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
已知板间电压为U,间距为d,长为l；带点粒子电量为q,质量为m，初速度为v0,垂直于场强。(1)画出粒子的运动轨迹；(2)求粒子离开电场时的速度方向与原来速度方向的偏转角θ的正切值；(3)求粒子离开电场时的侧向位移y。
在v0方向做
运动，在电场力F方向做做
运动。
匀速直线
匀加速直线
做类平抛运动
二、带电粒子在匀强电场中的偏转
类平抛运动
二、带电粒子在匀强电场中的偏转
类平抛运动
二、带电粒子的偏转
d
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
二、
带电粒子在电场中的偏转
l
v0
d
-q
θ
v
v0
v⊥
θ
y
S
1.粒子穿越电场的时间t=?
2.粒子离开电场的速度V=？
3.粒子离开电场时的偏角=？
4.沿垂直于板面方向偏移的距离=？
5.S
=?
侧移量
偏转角度
粒子好象是从入射线中点直接射出来的
类平抛运动
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
。
例与练
与电量成正比
与电量成正比
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
阴极射线管
阴极射线的偏转
示波器的阴极射线管
水平和竖直方向的偏转
5、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
6、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
7、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
8、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
C、氘核
D、氦核
例与练
与电量成正比
与比荷平方根成正比
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：
电子枪
荧光屏
偏转电极
+
-
X
X
、
y
、
y
X
X
、
y
、
y
亮斑
如果在偏转电极XX’、YY’上不加电压，电子如何运动？如果在偏转电极XX’上不加电压，偏转电极YY’上加电压电子又如何运动？
三、示波管原理
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