1.9带电粒子在电场中的运动(共26张PPT)

(共26张PPT)
9
带电粒子在电场中的运动
1、匀变速直线运动的规律
速度公式：
复习回顾：
位移公式：
速度－位移公式：
2、平抛运动的规律
vx
vy
v
O
x
y
v0
x
y
水平位移：
竖直位移：
水平速度：
竖直速度：
3、某些带电体是否需要考虑重力，要根据题目的暗示或运动状态来判定
1、微观带电粒子：如电子、质子、α粒子、正负离子等，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力（但不能忽略质量）。
2、宏观带电颗粒：如带电小球、带电液滴、带电油滴、带电尘埃等，除非有说明或明确的暗示以外，一般都要考虑重力。
电场中的带电粒子的分类：
q
U
m
＋
－
d
F
思考：
1、带电粒子受力方向如何？恒力还是变力？大小多少？
2、带电粒子将做什么运动？
3、根据什么规律求粒子到达负极板时的速度？
如图，在真空中有一对平行金属板，两板间电势差为U，一质量为m、带正电荷q的粒子，在静电场力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动，计算它到达负极板时的速度（尝试用两种方法求解）
一、带电粒子在电场中的加速
方法一：利用功能关系求解
一、带电粒子在电场中的加速
解得：
由动能定理得：
方法二：利用牛顿运动定律和匀变速规律求解
由牛顿第二定律得：
根据匀变速规律：
思考：你认为哪种方法解题更快捷更具优越性？
由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，故第一种方法仍适用！
F
E
A
B
思考：如果两极板间不是匀强电场，该用何种方法求解？为什么？
若粒子的初速度为零，则:
若粒子的初速度不为零，则:
解得：
1、如下图，水平放置的两平行金属板相距为h，一质量为m、带负电、电量大小为q的小球在B板下H处，以初速度v0竖直向上进入两板间恰好到达A板，求A、B两板间的电势差（重力加速度为g）
课堂练习：
v0
h
H
A
B
＋
＋
＋
＋
＋
＋
－
－
－
－
－
－
由动能定理得：
解得：
2、试推导偏移距离
y和偏转角θ？
1、带电粒子垂直电场方向进入电场中将如何运动？
二、带电粒子在电场中的偏转
仅受
电场力
⑴粒子做什么性质的运动？
⑵为计算y，需要知道哪些物理量？
偏移距离
y的计算
匀变速曲线运动
水平方向：匀速直线运动
竖直方向：匀加速直线运动
⑶这些物理量能计算出吗？
⑴怎样计算偏转角θ？
偏转角θ的计算
对于不同的带电粒子:
⑵若以相同的动能射入，则：
⑶若经相同电压U0加速后射入，则：
结论：电性相同的不同的带电粒子，经过同一电场加速后又进入同一偏转电场，它们的运动轨迹重合，偏移距离和偏转角都相同
⑴若以相同的速度射入，则:
对偏移距离
y的讨论
y与q、m均无关
一束电子从静止开始经U0=5000V的电压加速后，在距两极板等间距处垂直进入平行板间的匀强电场，若两板间距d=1.0cm，板长l=5.0cm，要使电子能从平行板间飞出，两板之间的偏转电压U最大为多少？
U0
d
l
提示：由偏转位移公式可知：偏转电压越高，偏转位移就越大；设电子刚好能从极板边缘飞出，即这时偏转位移最大等于d/2，所加偏转电压也为最大值.
课堂练习·：
答案：U=400V
l
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
U1
d
例1、离子发生器发射出一束质量为m，电荷量为q的正离子，从静止经加速电压U1加速后，获得速度，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中间，受偏转电压U2作用后，以一定速度离开电场，已知平行板长为l，两板间距离为d，求：
⑴离子穿出加速电场速度v1的大小
⑵离子在偏转电场中运动
的时间、加速度的大小
⑶离子在离开偏转电场时的速度v2、偏转位移和偏转角的正切值
课堂练习：
课堂小结：
一、利用电场使带电粒子加速
二、利用电场使带电粒子偏转
从动力学和运动学角度分析
从做功和能量的角度分析
类似平抛运动的分析方法
粒子在与电场垂直的方向上做
匀速直线运动
粒子在与电场平行的方向上做
初速度为零的匀加速运动　
1、作用：观察电信号随时间变化的情况
2、组成：电子枪、偏转电极和荧光屏组成（管内抽成真空）
四、示波器
只在YY′电极间加信号电压U
每一个电子可认为在电压不变的匀强电场中偏转
每个电子在电场中运动时间很短
不同时刻进入电场的电子，偏转电压不同，屏上亮斑位置不同.
若只在YY′间加持续变化的信号电压呢?
若只在YY′间加持续变化的信号电压呢?
U
t
0
亮斑匀速向上移动
匀速的、持续的扫描，形成稳定且水平的亮线
U
t
0
只在XX′电极间加信号电压U
若在YY′电极间加正弦式信号电压呢?
怎样在荧光屏上显示信号电压的正弦波形？
补偿练习2
如图。一电子经电压u
加速后进入两块水平放置间距为d电压为U的平行金属板间。若电子从两板间正中央水平射入，且正好穿出电场，求1.金属板A.B的长度，2电子穿出电场时的动能
0
d
u
u
0
如图所示,初速度为零的电子在电势差为U1的电场中加速后,垂直进入电势差为U2的偏转电场,在满足电子能射出偏转电场的条件下,下列四种情况中,一定能使电子的偏转角度变大的是(
)
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
U2
U1
B
电子枪
偏转电极
-
+
荧光屏
Y
Y′
X
X′
X
X′
1.如果在电极XX’之间不加电压,但在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?
Y′
Y
电子枪
偏转电极
-
+
荧光屏
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
2.如果在YY’
之间不加电压,而在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?