精品課件-《帶電粒子在電場中運動》

1、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運動某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運動狀態(tài)來判定狀態(tài)來判定電場中的帶電粒子一般可分為兩類：電場中的帶電粒子一般可分為兩類：1、帶電的、帶電的基本粒子基本粒子：如電子，質(zhì)子，：如電子，質(zhì)子，粒子，正粒子，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和電場力相比在小負(fù)離子等。這些粒子所受重力和電場力相比在小得多，除非有說明或明確的暗示以外，一般都不得多，除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）?？紤]重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。2、帶電微粒帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外，一般都考

2、慮重力。非有說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運動狀態(tài)：帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運動狀態(tài)：勻變速直線運動勻變速直線運動加速、減加速、減速速勻變速曲線運動勻變速曲線運動偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)1.平衡平衡（F合合=0）2.勻變速運動勻變速運動（F合合0）靜止靜止勻速直線運動勻速直線運動、運動學(xué)公式：、運動學(xué)公式： 一、帶電粒子在電場中的加速一、帶電粒子在電場中的加速A AB BU Ud dE E+F Fv由牛頓第二定律：由牛頓第二定律：mFa mqEmdqU由運動學(xué)公式：由運動學(xué)公式：adv202adv2mqU2mqUv22 2、動能定理：、動能定理： A AB BU Ud dE E+v由動

3、能定理：由動能定理：0212mvWqUW 又221mvqU mqUv2一、帶電粒子在電場中的加速一、帶電粒子在電場中的加速如圖所示的電場中有如圖所示的電場中有A A、B B兩點，兩點，A A、B B的電勢的電勢差差U UABAB100V100V，一個質(zhì)量為，一個質(zhì)量為m=m=2.02.01010-12-12kgkg、電量為電量為q=q=-5.0-5.01010-8-8C C的帶電粒子，以初速度的帶電粒子，以初速度v0= =3.03.010103 3m/sm/s由由A A點運動到點運動到B B點，求粒子到達(dá)點，求粒子到達(dá)B B點時的速率。（不計粒子重力）點時的速率。（不計粒子重力）例與練例與練A

4、 A-v0B BABABqUW2022121mvmvWAB202vmqUvABsm/10232022121mvmvqUAB電學(xué)問題優(yōu)先考慮動能定理電學(xué)問題優(yōu)先考慮動能定理下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為U U的電場的電場加速后，哪種粒子動能最大加速后，哪種粒子動能最大 （ ） 哪種粒子速度最大哪種粒子速度最大 （ ） A A、質(zhì)子、質(zhì)子 B B、電子、電子C C、氘核、氘核 DD、氦核、氦核 例與練例與練mqUv2qUmvEk221如圖所示，如圖所示，MM、N N是在真空中豎直放置的兩塊是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質(zhì)量為平行金屬板，質(zhì)量為mm、電量為、電量為+q+q

5、的帶電粒子，的帶電粒子，以極小的初速度由小孔進(jìn)入電場，當(dāng)以極小的初速度由小孔進(jìn)入電場，當(dāng)MM、N N間電間電壓為壓為U U時，粒子到達(dá)時，粒子到達(dá)N N板的速度為板的速度為v，如果要使這，如果要使這個帶電粒子到達(dá)個帶電粒子到達(dá)N N板的速度為板的速度為2 2v ，則下述方法能，則下述方法能滿足要求的是（滿足要求的是（ ）A A、使、使MM、N N間電壓增加為間電壓增加為2U 2U B B、使、使MM、N N間電壓增加為間電壓增加為4U 4U C C、使、使MM、N N間電壓不變，距離減半間電壓不變，距離減半 DD、使、使MM、N N間電壓不變，距離加倍間電壓不變，距離加倍 例與練例與練MMN

6、NU Ud d+mqUv2如圖如圖MM、N N是在真空中豎直放置的兩塊平行金是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質(zhì)量為屬板，質(zhì)量為mm電量為電量為-q-q的帶電粒子，以初速度的帶電粒子，以初速度V V0 0由小孔進(jìn)入電場，當(dāng)由小孔進(jìn)入電場，當(dāng)MM、N N間電壓為間電壓為U U時，粒時，粒子剛好能到達(dá)子剛好能到達(dá)N N板，如果要使這個帶電粒子能夠板，如果要使這個帶電粒子能夠到達(dá)到達(dá)MM、N N兩板間距的兩板間距的1/21/2處返回，則下述方法處返回，則下述方法能滿足要求的是（能滿足要求的是（ ）A A、使初速度減半、使初速度減半B B、使、使MM、N N間電壓加倍間電壓加倍C C、使、使MM、N

7、 N間電壓提高間電壓提高4 4倍倍DD、使初速度和、使初速度和MM、N N間電壓都加倍間電壓都加倍例與練例與練MMN NU Ud d-v0qEdqUmv2021 例與練例與練mgmgmgmgqEqE對全過程由動能定理：對全過程由動能定理：0)(qUdhmgqdhmgU/ )( qddhmgdUE)( 二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn) ld+- - - - - - - -+ + + + + + + + +Uv0q、m二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn) ld+- - - - - - - -+ + + + + + + + +Uv0q、mF+vv0

8、vyy速度偏轉(zhuǎn)角速度偏轉(zhuǎn)角垂直板面偏垂直板面偏移的距離移的距離二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)mFa mqEmdqU0vlt 221aty dmvqUl2022類平拋運動類平拋運動與粒子比荷與粒子比荷q/m成正比成正比與粒子初速度與粒子初速度v0平方成反比平方成反比與電場的屬性與電場的屬性U、l、d有關(guān)有關(guān)二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)mFa mqEmdqU0vlt atvydmvqUl0與粒子比荷與粒子比荷q/m成正比成正比與粒子初速度與粒子初速度v0平方成反比平方成反比與電場的屬性與電場的屬性U、l、d有關(guān)有關(guān)0tanvvydmvq

9、Ul20類平拋運動類平拋運動例與練例與練dmvqUl20tan例與練例與練tandmvqUl20dmvqUly2022 例與練例與練U2U1+q mv ld- - - - - - - -+ + + + + + + + +v0vyy三、三、 加速和偏轉(zhuǎn)加速和偏轉(zhuǎn)122202242dUlUvlmdqUy122022tandUlUmdvlqU9 9、如圖，電子在電勢差為、如圖，電子在電勢差為U U1 1的加速電場中由靜止的加速電場中由靜止開始加速，然后射入電勢差為開始加速，然后射入電勢差為U U2 2的兩塊平行極板的兩塊平行極板間的電場中，入射方向跟極板平行。整個裝置處在間的電場中，入射方向跟極板平

10、行。整個裝置處在真空中，重力可忽略。在滿足電子能射出平行板區(qū)真空中，重力可忽略。在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角角 變大的是變大的是 A A、U U1 1變大、變大、U U2 2變大變大 B B、U U1 1變小、變小、U U2 2變大變大C C、U U1 1變大、變大、U U2 2變小變小 DD、U U1 1變小、變小、U U2 2變小變小例與練例與練122022tandUlUmdvlqU例與練例與練122202242dUlUvlmdqUy122022tandUlUmdvlqU例與練例與練dmvqUly2022

11、dmvqUl20tantanyx dmvqUldmvqUl2020222lx1212、如圖所示，有一電子、如圖所示，有一電子( (電量為電量為e e、質(zhì)量為、質(zhì)量為m)m)經(jīng)電壓經(jīng)電壓U U0 0加速后，沿平行金屬板加速后，沿平行金屬板A A、B B中中心線進(jìn)入兩板，心線進(jìn)入兩板，A A、B B板間距為板間距為d d、長度為、長度為l l， A A、B B板間電壓為板間電壓為U U，屏，屏CDCD足夠大，距離足夠大，距離A A、B B板右邊緣板右邊緣2 2l l，ABAB板的中心線過屏板的中心線過屏CDCD的中的中心且與屏心且與屏CDCD垂直。試求電子束打在屏上的垂直。試求電子束打在屏上的位置

12、到屏中心間的距離。位置到屏中心間的距離。 例與練例與練析與解析與解tan)22(llydUUl0245對加速過程由動能定理：對加速過程由動能定理：20021mveU 0202eUmvdUUl02tan1313、質(zhì)量為、質(zhì)量為1 11010-25-25kgkg、電量為、電量為1 11010-16-16C C的帶電粒子以的帶電粒子以2 210106 6m/sm/s速度從水平放置的速度從水平放置的平行金屬板平行金屬板A A、B B中央沿水平方向飛入板間，中央沿水平方向飛入板間，如圖所示。已知板長如圖所示。已知板長L L10cm10cm，間距，間距d d2cm2cm，當(dāng)，當(dāng)ABAB間電壓在間電壓在 范

13、圍內(nèi)時，范圍內(nèi)時，此帶電粒子能從板間飛出。此帶電粒子能從板間飛出。例與練例與練v0+ + + + + - - - - - v0+ + + + + - - - - - 2d2/ ltanlddmvqUl202220qldmvU V160析與解析與解對偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：對偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：2/2/ld或?qū)ζD(zhuǎn)過程由側(cè)移公式：或?qū)ζD(zhuǎn)過程由側(cè)移公式：ydmvqUl20222d2220qldmvU V1601414、初速度為、初速度為2 210107 7m/sm/s的電子沿平行金的電子沿平行金屬板間的中心線射入板中，板長為屬板間的中心線射入板中，板長為30cm30cm，相距為相距為4c

14、m4cm，在兩板間加上如圖所示的，在兩板間加上如圖所示的正弦正弦交變電壓交變電壓。已知電子的質(zhì)量為。已知電子的質(zhì)量為9 91010-31-31KgKg，電量為電量為1.61.61010-19-19C C，不計電子重力，求：，不計電子重力，求：要使所有的電子都能離開電場，圖中電壓的要使所有的電子都能離開電場，圖中電壓的最大值最大值U U0 0需滿足什么條件？需滿足什么條件？例與練例與練v0+ + + + + - - - - - 可認(rèn)為在可認(rèn)為在t t時間時間內(nèi)內(nèi)電場電場不變不變設(shè)電子在兩板間的運動時間為設(shè)電子在兩板間的運動時間為tsvlt80105 . 1st02. 0設(shè)電子在偏轉(zhuǎn)電壓為設(shè)電子在

15、偏轉(zhuǎn)電壓為U U0 0時進(jìn)入板間時進(jìn)入板間222020ddmvleUy22200eldmvU V40析與解析與解 帶電粒子在帶電粒子在交變電場交變電場中的運動中的運動在兩個相互平行的金屬板間加在兩個相互平行的金屬板間加交變電壓交變電壓時，在兩板時，在兩板間便可獲得間便可獲得交變電場交變電場。此類電場從時間上看是變化。此類電場從時間上看是變化的，即電場強(qiáng)度的大小、方向都可隨時間變化。的，即電場強(qiáng)度的大小、方向都可隨時間變化。當(dāng)帶電粒子通過電場的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電場變化的周當(dāng)帶電粒子通過電場的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電場變化的周期時，可認(rèn)為電子通過電場的那個瞬間電場強(qiáng)度的期時，可認(rèn)為電子通過電場的那個瞬間電場強(qiáng)度

16、的大小、方向都不變。大小、方向都不變。小小 結(jié)結(jié) 帶電粒子在帶電粒子在勻強(qiáng)電場勻強(qiáng)電場中的運動：中的運動：122202242dUlUvlmdqUy122022tandUlUmdvlqU、構(gòu)造、構(gòu)造電子槍電子槍偏轉(zhuǎn)電極偏轉(zhuǎn)電極- +熒光屏熒光屏YYXXYYXX（1 1）電子槍：發(fā)射并加速電子）電子槍：發(fā)射并加速電子（2 2）偏轉(zhuǎn)電極：）偏轉(zhuǎn)電極：YYYY使電子束豎直偏轉(zhuǎn)；使電子束豎直偏轉(zhuǎn)；XXXX使電子束水平偏轉(zhuǎn)使電子束水平偏轉(zhuǎn)（3 3）熒光屏：電子束打到熒光屏上能使該處的熒光物質(zhì)發(fā)光。）熒光屏：電子束打到熒光屏上能使該處的熒光物質(zhì)發(fā)光。四、示波管的原理四、示波管的原理電子槍偏轉(zhuǎn)電極- +熒光屏

17、YYXXYYXX1.在YY之間加不變的電壓,使Y的電勢比Y高(UY為正), 電子將打在熒光屏的什么位置?2 2、偏轉(zhuǎn)方向、偏轉(zhuǎn)方向靠近靠近Y Y偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)電子槍偏轉(zhuǎn)電極- +熒光屏YYXXYYXX2.在YY之間加不變的電壓,使Y的電勢比Y低(UY為負(fù)), 電子將打在熒光屏的什么位置?2 2、偏轉(zhuǎn)方向、偏轉(zhuǎn)方向靠近靠近YY偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)電子槍偏轉(zhuǎn)電極- +熒光屏YYXXYYXX3. 在XX之間加不變的電壓,使X的電勢比X高(UX為正), 電子將打在熒光屏的什么位置?2 2、偏轉(zhuǎn)方向、偏轉(zhuǎn)方向靠近靠近X X偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)電子槍偏轉(zhuǎn)電極- +熒光屏YYXXYYXX4. 在XX之間加不變的電壓,使X的電勢比X低(U

18、X為負(fù)), 電子將打在熒光屏的什么位置?2 2、偏轉(zhuǎn)方向、偏轉(zhuǎn)方向靠近靠近XX偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)對于電子而言：偏轉(zhuǎn)的方向與電壓的正負(fù)有關(guān)，或者說與兩極板的電勢高低有關(guān)2 2、偏轉(zhuǎn)方向、偏轉(zhuǎn)方向電子槍偏轉(zhuǎn)電極- +熒光屏YYXXYYXX3 3、偏轉(zhuǎn)量、偏轉(zhuǎn)量電子槍偏轉(zhuǎn)電極- +熒光屏YYXXYYXX偏轉(zhuǎn)量與什么因素有關(guān)呢？LY12202tandUlUmdvlqUtan)2(Lly)2(12LldUlUU偏轉(zhuǎn)位移僅僅由偏轉(zhuǎn)電場和加速電場共同決定，與偏轉(zhuǎn)位移僅僅由偏轉(zhuǎn)電場和加速電場共同決定，與帶電粒子的種類無關(guān)，即與荷質(zhì)比無關(guān)。帶電粒子的種類無關(guān)，即與荷質(zhì)比無關(guān)。3 3、偏轉(zhuǎn)量、偏轉(zhuǎn)量每個電子在電場中運動每個

19、電子在電場中運動時間很短時間很短不同時刻不同時刻進(jìn)入電場的電子進(jìn)入電場的電子可認(rèn)為在可認(rèn)為在電壓不變的勻強(qiáng)電場電壓不變的勻強(qiáng)電場中偏轉(zhuǎn)中偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)電壓偏轉(zhuǎn)電壓不同不同屏上亮斑位置屏上亮斑位置不同不同.偏轉(zhuǎn)位移不同偏轉(zhuǎn)位移不同YY信號電壓) 1(假設(shè)比例系數(shù)是Uy YYYYXyy隨信號電壓同步變化，但由于視覺暫留和熒光物質(zhì)的殘光特性，隨信號電壓同步變化，但由于視覺暫留和熒光物質(zhì)的殘光特性，只能看到一條只能看到一條豎直的亮線豎直的亮線XXX掃描電壓uttXX0124365780 1 2543867) 1(假設(shè)比例系數(shù)是xUy xUUXt掃描電壓掃描電壓若所加的電壓為特定的周期性變化電壓則亮斑在水平方向來回運動若所加的電壓為特定的周期性變化電壓則亮斑在水平方向來回運動掃描，如果掃描電壓變化很快，亮斑看起來為一條掃描，如果掃描電壓變化很快，亮斑看起來為一條水平的亮水平的亮線線示波器圖象示波器圖象YYXX如果在如果在YYYY之間加如圖所示的之間加如圖所示的交變電壓交變電壓，同時，同時在在XXXX之間加之間加鋸齒形掃描電壓鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上，在熒光屏上會看到什么圖形？會看到什么圖形？XYOA B CD E FA B CD E FABOCt1DEFt2如果信號電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號