第八節(jié)帶電粒子在電場中的運(yùn)動

第八節(jié)帶電粒子在電場中的運(yùn)動第1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三帶電粒子在電場中的運(yùn)動第一章第八節(jié)第2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三3、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動狀態(tài)來判定電場中的帶電粒子一般可分為兩類：1、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子，α粒子，正負(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，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。2、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動狀態(tài)：勻變速直線運(yùn)動—加速、減速勻變速曲線運(yùn)動—偏轉(zhuǎn)1.平衡（F合=0）2.勻變速運(yùn)動（F合≠0）靜止勻速直線運(yùn)動可能是我們知道，把一個帶電粒子放進(jìn)電場中，它就具有一定的電勢能并受到電場力的作用，因此它可能會作各種各樣的運(yùn)動，這在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)設(shè)備中有廣泛的應(yīng)用。第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三例題1：右圖所示，兩平行金屬板間加一電壓U，有一帶正電荷q、質(zhì)量為m的帶電粒子在電場力的作用下以初速v0開始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動。則（1）帶電粒子在電場中作什么運(yùn)動？（2）粒子穿出負(fù)極板時的速度多大？（3）粒子穿出負(fù)極板后做什么運(yùn)動？一般用“動能定理”求解分析：對于粒子來說，一般有mg<＜F，故可忽略。(1)帶電粒子在電場中以加速度a=F/m=qU/md做勻加速直線運(yùn)動。(2)由v2-vo2=2ad解得：或：由動能定理qU=mv2/2-mv02/2解得：←U1→++v0v一、帶電粒子的加速第5頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三++++++++________UUE加速勻速勻速+qmV0V=?一、帶電粒子的加速第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三方法1：運(yùn)用運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)方法求解，設(shè)板間距為d,因電場力為恒力，所以有方法2：運(yùn)用能量觀點(diǎn)求解速度與電勢差U、比荷量q成正比與距離d無關(guān)第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三

例題1：實驗表明，熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在熾熱金屬絲和金屬板間加以電壓U=2500V，從熾熱金屬絲發(fā)射出的電子在真空中被加速后，從金屬板的小孔穿出。電子射出后的速度有多大？設(shè)電子剛從金屬絲射出時的速度為零。電子的質(zhì)量為0.91×10-30kg，電子的電荷量e=1.6×10-19C兩板的距離為20cm帶電粒子：質(zhì)子，電子，粒子等無特殊說明都不計重力，但不能忽略質(zhì)量。第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三如圖所示，在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運(yùn)動，則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動情況，下列敘述正確的是：()A.兩板間距越大，加速的時間越長B.兩板間距離越小，加速度就越大，則電子到達(dá)Q板時的速度就越大C.電子到達(dá)Q板時的速度與板間距離無關(guān)，僅與加速電壓有關(guān)D.電子的加速度和末速度都與板間距離無關(guān)AC

第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三1：非勻強(qiáng)電場中,如何計算？電場力做功，只于始末位置電勢差有關(guān)2：若帶正電粒子以V0負(fù)板向正板運(yùn)動，分析粒子運(yùn)動情況明確粒子V，a的變化情況思考：3.若粒子以初速度V0沿垂直場強(qiáng)方向進(jìn)入電場，離子的運(yùn)動情況如何？第10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)第11頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三d++++++------二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)

lv0d-qθvv0v⊥θyS1.粒子穿越電場的時間t=?2.粒子離開電場的速度V=？3.粒子離開電場時的偏角=？4.沿垂直于板面方向偏移的距離=？5.S

=?第12頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三側(cè)移量偏轉(zhuǎn)角度粒子好象是從入射線中點(diǎn)直接射出來的類平拋運(yùn)動第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三～直線加速器粒子在每個加速電場中的運(yùn)動時間相等，因為交變電壓的變化周期相同第14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三電子槍熒光屏偏轉(zhuǎn)電極+-XX、y、yXX、y、y亮斑如果在偏轉(zhuǎn)電極XX’、YY’上不加電壓，電子如何運(yùn)動？如果在偏轉(zhuǎn)電極XX’上不加電壓，偏轉(zhuǎn)電極YY’上加電壓電子又如何運(yùn)動？三、示波管原理第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三課堂小結(jié)：一、利用電場使帶電粒子加速二、利用電場使帶電粒子偏轉(zhuǎn)從動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)角度分析從做功和能量的角度分析類似平拋運(yùn)動的分析方法粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動粒子在與電場平行的方向上做初速度為零的勻加速運(yùn)動

第16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三P38練習(xí)第4題讓一價氫離子、一價氦離子和二價氦離子的混合物經(jīng)過同一加速電場由靜止開始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場里偏轉(zhuǎn)，它們是否會分為三股？請說明理由。第17頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三比較離子在偏轉(zhuǎn)電場的側(cè)移距離y如果y不相同比較離子是否以相同偏角φ射出如果y相同如果φ不相同會分為三股如果φ

相同不會分為三股會分為三股第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三練習(xí)1：一個初速度為零的電子，在場強(qiáng)為4.0×103V/m的勻強(qiáng)電場中被加速，求經(jīng)過2.0×10-8s后，電子的速度和動能。(電子質(zhì)量為0.91×10-30kg)解：①電子在勻強(qiáng)電場中的加速度:a=F/m=eE/m速度:v=at=eEt/m=1.4×107m/s

②動能Ek=

=8.9×10-17J

第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三練習(xí)2。一動能為1000eV的電子，沿著與電場垂直的方向進(jìn)入勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場，已知偏轉(zhuǎn)電極長6.0cm，相距離1cm，偏轉(zhuǎn)電壓4.0V，求電子離開偏轉(zhuǎn)電場時的偏轉(zhuǎn)角度。第20頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三解：由偏轉(zhuǎn)角度公式

及1eV=1.6×10-19J,

有==0.012解得：φ=0.69°第21頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三練習(xí)3。兩塊平行的金屬板A、B之間的電壓是80V，一個電子以6.0×106m/s的速度從小孔C垂直A板進(jìn)入電場，該電子能打在B板上嗎？如果能打在B板上，它到達(dá)B板時的速度有多大？如果電源電壓變?yōu)?20V，情況又會怎樣？第22頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三解:①電子射入電場時具有的初動能:Ek==1.6×10-17J電子從A板到達(dá)B板需克服電場力做功: