带电粒子在电场中的运动(课件).ppt
1.9 带电粒子在电场 中的运动,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,电场中的带电粒子一般可分为两类：,1、带电的基本粒子：如电子，质子，粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比在小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（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。,带电粒子在匀强电场中,运动情况：,受到恒定的电场力,受力情况：,做匀变速运动,一.带电粒子在电场中的加速,E1,用牛顿运动定律分析,用动能定理分析,（加速电压）,根据动能定理：qU=mv2/2,或根据牛顿定律：a=F/m=qU/dm和运动学公式：v2=2ad,得,粒子加速后的速度只与加速电压有关,此式也适用于不是匀强电场的情况,一.带电粒子在电场中的加速,例题1：右图所示，两平行金属板间加一电压U，有一带正电荷q、质量为m的带电粒子在电场力的作用下以初速v0开始从正极板向负极板运动。则（1）带电粒子在电场中作什么运动？（2）粒子穿出负极板时的速度多大？（3）粒子穿出负极板后做什么运动？,一般用“动能定理”求解,分析：对于粒子来说，一般有mgF，故可忽略。(1)带电粒子在电场中以加速度a=F/m=qU/md做匀加 速直线运动。(2)由v2-vo2=2ad 解得：,或：由动能定理qU=mv2/2-mv02/2解得：,1：非匀强电场中,如何计算？,电场力做功，只于始末位置电势差有关,2：若带正电粒子以V0负板向正板运动，分析,粒子运动情况,分析能否到达另一侧极板,4.若粒子以初速度V0沿垂直场强方向进入电场，离子的运动情况如何？,思考讨论,3：不同带电粒子经同一加速电场，末速度决定于什么量,二.带电粒子在电场中的偏转,试分析粒子的运动情况,2、带电粒子在电场中的偏转,d,-q,l/2,试计算粒子的偏转距离y及粒子的偏转角,偏移量 y的计算,（3）为计算y，需要知道哪些物理量？,（4）这些物理量能计算出吗？,偏转角的计算,（1）什么叫偏转角,（2）怎样计算偏转角？,-,-,-,-,-,-,设质量为m,电量为q的带电粒子以初速度V0沿垂直于电场的方向进入长为L,间距为d,电势差为U的平行金属板间的匀强电场中（不计粒子的重力），则分析：,(1)粒子穿越电场的时间t,粒子在垂直电场方向以V0做匀速直线运动,L=V0t,(2)粒子离开电场时的速度V,粒子沿电场方向做匀加速直线运动,加速度,粒子离开电场时平行电场方向的分速度,所以:,L,得,-,-,-,-,-,-,设质量为m,电量为q的带电粒子以初速度V0沿垂直于电场的方向进入长为L,间距为d,电势差为U的平行金属板间的匀强电场中（不计粒子的重力），则分析：,L,(3)粒子离开电场时的侧移距离y,(4)粒子离开电场时的速度偏角,所以:,对偏移公式的讨论,对于不同的带电粒子,（2）若以相同的动能射入，,（3）若经相同电压U0加速后射入，则,y与 q m无关,随加速电压的增大而减小，随偏转电压的增大而增大。,（1）若以相同的速度射入,则yq/m,则yq,例：离子发生器发射出一束质量为m，电荷量为q的负离子，从静止 经加速电压U 1 加速后，获得速度，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压U2作用后，以速度离开电场，已知平行板长为，两板间距离为d，,1）离子在偏转电场中运动 的时间、加速度、速度 的大小；2）离子在离开偏转电场时 的横向偏移量和偏转角 的正切值。,l,u1,d,v0,求：,思考题：让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，在通过加速电场时获得的动能是否相同？通过偏转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。,答案：通过加速电场时获得的动能Ek=qU,加速电压相同，二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子获得动能最大。粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定，所以三种粒子不可能分开为三股。,一束电子流经 U=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中，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，两个板之间的电压最多能加多少？,三、示波器的原理,示波器是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。它的核心部件是示波管：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。,（1）电子枪部分：E电源作用是使金属丝变热发射出电子，U1电源作用是使发射出的电子在真空中被加速，获得很大的速度从金属板的小孔穿出。（2）偏转电极部分：YY/平行金属板为竖直方向偏转电极即使平行金属板入射的电子产生竖直方向的偏转，XX/平行金属为水平方向偏转电极即使平行金属板入射的电子产生水平方向的偏转。（3）荧光屏部分：玻璃屏上涂有荧光物质。高速电子打到荧光物质，荧光物质受激发后会发出可见光，电子本身并不能发光，从屏上观察亮点，可知打到屏上电子的偏移情况。,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tan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,若两偏转电极间都不加偏转电压，则电子束将打在荧光屏的中心,电子在极板间运动的时间极短，可认为此瞬间极板间电压不变,若两偏转电极间都不加偏转电压，则电子束将打在荧光屏的中心,要想增加X轴方向扫描线的宽度，怎么办？,满足什么条件才能得到稳定正确的波形？,Uy,t,O,T,T,2T,T/2,T扫=NT,显示出的信号完整波形个数由什么决定？,N,如图是示波管的原理图，它是由电子枪、竖直偏转电极YY、水平偏转电极XX和荧光屏组成，电子枪发射的电子打在荧光屏上将出现亮点，若亮点很快移动，由于视觉暂留原因，能在荧光屏上看到一条亮线。,（1）如果只在偏转电极YY上加上如图所示的电压Uy=Umsint，在荧光屏图上画出所观察到的亮线的形状（设T很小）（2）如果只在偏转电极XX上加上图所示电压，试在图上画出所观察到的亮线的形状。（3）如果在YY和XX上同时加上上述电压，试在图上画出所观察到的亮线的形状。,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,
