高二物理帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)7

1、第九節(jié)第九節(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)3 3、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)判定動(dòng)狀態(tài)來(lái)判定電場(chǎng)中的帶電粒子一般可分為兩類：電場(chǎng)中的帶電粒子一般可分為兩類：1 1、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子，、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子， 粒子，正負(fù)粒子，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和電場(chǎng)力相比在小得多，離子等。這些粒子所受重力和電場(chǎng)力相比在小得多，除非有說(shuō)明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。除非有說(shuō)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）。（但并不能忽略質(zhì)量）。2 2、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等

2、。除非有、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說(shuō)明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。說(shuō)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(chǎng)中帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況：運(yùn)動(dòng)情況：受到恒定的電場(chǎng)力受到恒定的電場(chǎng)力受力情況：受力情況： 做勻變速運(yùn)動(dòng)做勻變速運(yùn)動(dòng)一一. 帶電粒子在電場(chǎng)中的加速帶電粒子在電場(chǎng)中的加速00v?tvUE1用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析用動(dòng)能定理分析用動(dòng)能定理分析（加速電壓）（加速電壓）根據(jù)動(dòng)能定理：根據(jù)動(dòng)能定理：qU = mv v2/2或根據(jù)牛頓定律：或根據(jù)牛頓定律：a = F/ /m m = qU/dm和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式：和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式：v v2 = =2ad得得

3、2qUmv v = 粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān)粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān)此式也適用于不是勻強(qiáng)電場(chǎng)的情況此式也適用于不是勻強(qiáng)電場(chǎng)的情況一一. 帶電粒子在電場(chǎng)中的加速帶電粒子在電場(chǎng)中的加速例題例題1 1：右圖所示，兩平行金屬板間加：右圖所示，兩平行金屬板間加一電壓一電壓U U，有一帶正電荷，有一帶正電荷q q、質(zhì)量為、質(zhì)量為m m的帶電粒子在電場(chǎng)力的作用下以初速的帶電粒子在電場(chǎng)力的作用下以初速v v0 0開始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng)。則開始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng)。則（1 1）帶電粒子在電場(chǎng)中作什么運(yùn)動(dòng)？）帶電粒子在電場(chǎng)中作什么運(yùn)動(dòng)？（2 2）粒子穿出負(fù)極板時(shí)的速度多大？）粒子穿出負(fù)極板時(shí)的速

4、度多大？（3 3）粒子穿出負(fù)極板后做什么運(yùn)動(dòng)？）粒子穿出負(fù)極板后做什么運(yùn)動(dòng)？一般用一般用“動(dòng)能定理動(dòng)能定理”求解求解分析：對(duì)于粒子來(lái)說(shuō)，一般有分析：對(duì)于粒子來(lái)說(shuō)，一般有mgmgF F，故可忽略。，故可忽略。(1)(1)帶電粒子在電場(chǎng)中以加速度帶電粒子在電場(chǎng)中以加速度a=F/m=qU/mda=F/m=qU/md做勻加做勻加 速直線運(yùn)動(dòng)。速直線運(yùn)動(dòng)。(2)(2)由由v v2 2-v-vo o2 2=2ad =2ad 解得：解得：mqUvv220或：由動(dòng)能定理或：由動(dòng)能定理qU=mvqU=mv2 2/2-mv/2-mv0 02 2/2/2解得：解得：mqUvv220 U1+ + +v v0 0v v

5、1 1：非勻強(qiáng)電場(chǎng)中：非勻強(qiáng)電場(chǎng)中, , 如何計(jì)算？如何計(jì)算？電場(chǎng)力做功，只于始末位置電勢(shì)差有關(guān)電場(chǎng)力做功，只于始末位置電勢(shì)差有關(guān)2 2：若帶正電粒子以：若帶正電粒子以V V0 0負(fù)板向正板運(yùn)動(dòng)，分負(fù)板向正板運(yùn)動(dòng)，分析析粒子運(yùn)動(dòng)情況粒子運(yùn)動(dòng)情況明確粒子明確粒子V V，a a的變化情況的變化情況3.3.若粒子以初速度若粒子以初速度V V0 0沿垂直場(chǎng)強(qiáng)方向進(jìn)入電場(chǎng)，沿垂直場(chǎng)強(qiáng)方向進(jìn)入電場(chǎng)， 離子的運(yùn)動(dòng)情況如何？離子的運(yùn)動(dòng)情況如何？思考討論思考討論二二. 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)dyqm,0vl)(偏轉(zhuǎn)電壓U試根據(jù)類平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，推導(dǎo)偏移量試根據(jù)類平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，推導(dǎo)偏移量

6、y和偏轉(zhuǎn)角和偏轉(zhuǎn)角偏移量偏移量 y的計(jì)算的計(jì)算（1）畫出電場(chǎng)線，并進(jìn)行受力分析）畫出電場(chǎng)線，并進(jìn)行受力分析（2）粒子做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)？）粒子做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)？（3）為計(jì)算）為計(jì)算y，需要知道哪些物理量？，需要知道哪些物理量？（4）這些物理量能計(jì)算出嗎？）這些物理量能計(jì)算出嗎？y221aty ta,?tEFa?y2202mdvqULy 偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角的計(jì)算的計(jì)算（1）什么叫偏轉(zhuǎn)角）什么叫偏轉(zhuǎn)角v0vyv（2）怎樣計(jì)算偏轉(zhuǎn)角）怎樣計(jì)算偏轉(zhuǎn)角？?tan0vvyLymdVqUL2tan20對(duì)偏移公式的討論對(duì)偏移公式的討論2202221mdvqULaty對(duì)于不同的帶電粒子對(duì)于不同的帶電粒子（2）若以相同的

7、動(dòng)能射入，）若以相同的動(dòng)能射入，（3）若經(jīng)相同電壓）若經(jīng)相同電壓U0加速后射入，加速后射入，則則0220242dUULmdVqULyy與與 q m無(wú)關(guān)無(wú)關(guān),隨加速電隨加速電壓的增大而減小，隨偏壓的增大而減小，隨偏轉(zhuǎn)電壓的增大而增大。轉(zhuǎn)電壓的增大而增大。（1）若以相同的速度射入）若以相同的速度射入則則yq/m則則yq例：離子發(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為例：離子發(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為mm，電荷量為，電荷量為q q的負(fù)的負(fù)離子，從靜止離子，從靜止 經(jīng)加速電壓經(jīng)加速電壓U U 1 1 加速后，獲得速度加速后，獲得速度 ，并沿垂直于電場(chǎng)線方向射入兩平行板中央，受偏轉(zhuǎn)電并沿垂直于電場(chǎng)線方向射入兩平行板中央，受偏

8、轉(zhuǎn)電壓壓U U2 2作用后，以速度作用后，以速度離開電場(chǎng)，已知平行板長(zhǎng)為離開電場(chǎng)，已知平行板長(zhǎng)為，兩板間距離為兩板間距離為d d，0v 1 1）離子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)）離子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 的時(shí)間、加速度、速度的時(shí)間、加速度、速度 的大?。坏拇笮?； 2 2）離子在離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)）離子在離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí) 的橫向偏移量和偏轉(zhuǎn)角的橫向偏移量和偏轉(zhuǎn)角 的正切值。的正切值。 l+ + + + + +- - - - - -u u1 1dv v0 0 求：求：思考題：讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混思考題：讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物經(jīng)過(guò)同一加速電場(chǎng)由靜止開始加速，然后在同一偏合物經(jīng)過(guò)同

9、一加速電場(chǎng)由靜止開始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)里偏轉(zhuǎn)，在通過(guò)加速電場(chǎng)時(shí)獲得的動(dòng)能是否相同？轉(zhuǎn)電場(chǎng)里偏轉(zhuǎn)，在通過(guò)加速電場(chǎng)時(shí)獲得的動(dòng)能是否相同？通過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，它們是否會(huì)分為三股？請(qǐng)說(shuō)明理由。通過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，它們是否會(huì)分為三股？請(qǐng)說(shuō)明理由。答案：答案：通過(guò)加速電場(chǎng)時(shí)獲得的動(dòng)能通過(guò)加速電場(chǎng)時(shí)獲得的動(dòng)能E Ek k= =qUqU, ,加速電壓加速電壓相同，二價(jià)氦離子電荷量最大，所以二價(jià)氦離子獲相同，二價(jià)氦離子電荷量最大，所以二價(jià)氦離子獲得動(dòng)能最大。粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場(chǎng)和得動(dòng)能最大。粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)決定，所以三種粒子不可能分開為三股。偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)決定，所以三種粒子不可能分開為

10、三股。一束電子流經(jīng)一束電子流經(jīng) U=5000V 的電壓加速后，在的電壓加速后，在距兩極板等間距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)距兩極板等間距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，若兩板間距電場(chǎng)中，若兩板間距 d=1.0cm，板長(zhǎng)，板長(zhǎng) l=5.0cm，那么，要使電子能從平行板間飛，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)板之間的電壓最多能加多少？出，兩個(gè)板之間的電壓最多能加多少？三、示波器的原理三、示波器的原理 示波器是一種用來(lái)觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的電子儀器。它的核心部件是示波管：由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空。（1 1）電子槍部分：）電子槍部分：E E電源作用是使金屬絲變熱發(fā)射電源作用是使金屬絲

11、變熱發(fā)射出電子，出電子，U U1 1電源作用是使發(fā)射出的電子在真空中被加速，獲電源作用是使發(fā)射出的電子在真空中被加速，獲得很大的速度從金屬板的小孔穿出。得很大的速度從金屬板的小孔穿出。（2 2）偏轉(zhuǎn)電極部分：）偏轉(zhuǎn)電極部分：YYYY/ /平行金屬板為豎直方向偏轉(zhuǎn)電極即平行金屬板為豎直方向偏轉(zhuǎn)電極即使平行金屬板入射的電子產(chǎn)生豎直方向的偏轉(zhuǎn)，使平行金屬板入射的電子產(chǎn)生豎直方向的偏轉(zhuǎn)，XXXX/ /平行金平行金屬為水平方向偏轉(zhuǎn)電極即使平行金屬板入射的電子產(chǎn)生水平屬為水平方向偏轉(zhuǎn)電極即使平行金屬板入射的電子產(chǎn)生水平方向的偏轉(zhuǎn)。方向的偏轉(zhuǎn)。（3 3）熒光屏部分：玻璃屏上涂有熒光物質(zhì)。高速電子打到）熒光屏

12、部分：玻璃屏上涂有熒光物質(zhì)。高速電子打到熒光物質(zhì)，熒光物質(zhì)受激發(fā)后會(huì)發(fā)出可見光，電子本身并不熒光物質(zhì)，熒光物質(zhì)受激發(fā)后會(huì)發(fā)出可見光，電子本身并不能發(fā)光，從屏上觀察亮點(diǎn)，可知打到屏上電子的偏移情況。能發(fā)光，從屏上觀察亮點(diǎn)，可知打到屏上電子的偏移情況。已知：已知：U1、l、YY?偏轉(zhuǎn)電極的電壓偏轉(zhuǎn)電極的電壓U2、板間距、板間距d 、板端板端到熒光屏的距離到熒光屏的距離L。求：電子射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的偏向角正切值求：電子射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的偏向角正切值tan及打到及打到屏上電子的偏移量屏上電子的偏移量y?。122tandUlU Lly 2tan LlydUlU 2212yyUKULldUly 21)2(2偏

13、移量與偏移量與YY?偏偏轉(zhuǎn)電極的電壓轉(zhuǎn)電極的電壓U2成正比成正比yyUKy xxUKx yyUKy xxUKx 如圖是示波管的原理圖，它是由電子槍、豎直偏轉(zhuǎn)電極YY、水平偏轉(zhuǎn)電極XX和熒光屏組成，電子槍發(fā)射的電子打在熒光屏上將出現(xiàn)亮點(diǎn)，若亮點(diǎn)很快移動(dòng)，由于視覺暫留原因，能在熒光屏上看到一條亮線。 （1 1）如果只在偏轉(zhuǎn)電極）如果只在偏轉(zhuǎn)電極YYYY上加上上加上如圖所示的電壓如圖所示的電壓U Uy y=U=Ummsinsin t t，在，在熒光屏圖上畫出所觀察到的亮線的熒光屏圖上畫出所觀察到的亮線的形狀（設(shè)形狀（設(shè)T T很?。┖苄。? 2）如果只在偏轉(zhuǎn)電極）如果只在偏轉(zhuǎn)電極XXXX上加上上加上圖所示電壓，試在圖上畫出所觀圖所示電壓，試在圖上畫出所觀察到的亮線的形狀。察到的亮線的形狀。（3 3）如果在）如果在YYYY和和XXXX上同時(shí)加上上同時(shí)加上上述電壓，試在圖上畫出所觀察到上述電壓，試在圖上畫出所觀察到的亮線的形狀。的亮線的形狀。課堂小結(jié)：