帶電粒子在電場中的運動 ()

帶電粒子在電場中的運動(課件)第一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日3、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。第二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日帶電粒子在勻強電場中運動情況：受到恒定的電場力受力情況：

做勻變速運動第三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日一.帶電粒子在電場中的加速E1用牛頓運動定律分析用動能定理分析（加速電壓）第四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日根據(jù)動能定理：qU=mv2/2或根據(jù)牛頓定律：a=F/m=qU/dm和運動學公式：v2

=2ad得2qUmv=

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電場的情況一.帶電粒子在電場中的加速第五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日例題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開始從正極板向負極板運動。則（1）帶電粒子在電場中作什么運動？（2）粒子穿出負極板時的速度多大？（3）粒子穿出負極板后做什么運動？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做勻加速直線運動。(2)由v2-vo2=2ad解得：或：由動能定理qU=mv2/2-mv02/2解得：←U1→++v0v第六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日1：非勻強電場中,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負板向正板運動，分析粒子運動情況分析能否到達另一側(cè)極板4.若粒子以初速度V0沿垂直場強方向進入電場，離子的運動情況如何？思考討論2qUmv=3：不同帶電粒子經(jīng)同一加速電場，末速度決定于什么量第七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日二.帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)試分析粒子的運動情況第八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日d++++++------2、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)

lv0d-qφvv0v⊥φyl/2試計算粒子的偏轉(zhuǎn)距離y及粒子的偏轉(zhuǎn)角第九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日偏移量y的計算（3）為計算y，需要知道哪些物理量？（4）這些物理量能計算出嗎？第十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日偏轉(zhuǎn)角θ的計算（1）什么叫偏轉(zhuǎn)角（2）怎樣計算偏轉(zhuǎn)角θ？第十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日VVxVy------V0++++++U設質(zhì)量為m,電量為q的帶電粒子以初速度V0沿垂直于電場的方向進入長為L,間距為d,電勢差為U的平行金屬板間的勻強電場中（不計粒子的重力），則分析：(1)粒子穿越電場的時間t粒子在垂直電場方向以V0做勻速直線運動,L=V0t,(2)粒子離開電場時的速度V粒子沿電場方向做勻加速直線運動,加速度粒子離開電場時平行電場方向的分速度所以:L得第十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日VVxVy------V0++++++U設質(zhì)量為m,電量為q的帶電粒子以初速度V0沿垂直于電場的方向進入長為L,間距為d,電勢差為U的平行金屬板間的勻強電場中（不計粒子的重力），則分析：L(3)粒子離開電場時的側(cè)移距離y(4)粒子離開電場時的速度偏角所以:y第十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日對偏移公式的討論對于不同的帶電粒子（2）若以相同的動能射入，（3）若經(jīng)相同電壓U0加速后射入，則y與qm無關(guān),隨加速電壓的增大而減小，隨偏轉(zhuǎn)電壓的增大而增大。（1）若以相同的速度射入則y∝q/m則y∝q第十四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日例：離子發(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為m，電荷量為q的負離子，從靜止經(jīng)加速電壓U1加速后，獲得速度，并沿垂直于電場線方向射入兩平行板中央，受偏轉(zhuǎn)電壓U2作用后，以速度Ｖ離開電場，已知平行板長為Ｌ，兩板間距離為d，

1）離子在偏轉(zhuǎn)電場中運動的時間、加速度、速度Ｖ的大?。?）離子在離開偏轉(zhuǎn)電場時的橫向偏移量和偏轉(zhuǎn)角的正切值。l++++++------u1dv0

求：第十五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日思考題：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)，在通過加速電場時獲得的動能是否相同？通過偏轉(zhuǎn)電場時，它們是否會分為三股？請說明理由。答案：通過加速電場時獲得的動能Ek=qU,加速電壓相同，二價氦離子電荷量最大，所以二價氦離子獲得動能最大。粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場和偏轉(zhuǎn)電場決定，所以三種粒子不可能分開為三股。第十六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日一束電子流經(jīng)U=5000V的電壓加速后，在距兩極板等間距處垂直進入平行板間的勻強電場中，若兩板間距d=1.0cm，板長l=5.0cm，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個板之間的電壓最多能加多少？第十七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日三、示波器的原理示波器是一種用來觀察電信號隨時間變化的電子儀器。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。第十八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日（1）電子槍部分：E電源作用是使金屬絲變熱發(fā)射出電子，U1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。（2）偏轉(zhuǎn)電極部分：YY/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)，XX/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)生水平方向的偏轉(zhuǎn)。（3）熒光屏部分：玻璃屏上涂有熒光物質(zhì)。高速電子打到熒光物質(zhì)，熒光物質(zhì)受激發(fā)后會發(fā)出可見光，電子本身并不能發(fā)光，從屏上觀察亮點，可知打到屏上電子的偏移情況。第十九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日已知：U1、l、YY?偏轉(zhuǎn)電極的電壓U2、板間距d、板端到熒光屏的距離L。求：電子射出偏轉(zhuǎn)電場時的偏向角正切值tanφ及打到屏上電子的偏移量y?。偏移量與YY?偏轉(zhuǎn)電極的電壓U2成正比第二十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日若兩偏轉(zhuǎn)電極間都不加偏轉(zhuǎn)電壓，則電子束將打在熒光屏的中心UytO電子在極板間運動的時間極短，可認為此瞬間極板間電壓不變第二十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日若兩偏轉(zhuǎn)電極間都不加偏轉(zhuǎn)電壓，則電子束將打在熒光屏的中心UxtO要想增加X軸方向掃描線的寬度，怎么辦？第二十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日UxtO滿足什么條件才能得到穩(wěn)定正確的波形？UytOTT2TT/2T掃=NT顯示出的信號完整波形個數(shù)由什么決定？N第二十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日

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，若亮點很快移動，由于視覺暫留原因，能在熒光屏上看到一條亮線。

（1）如果只在偏轉(zhuǎn)電極YY′上加上如圖②所示的電壓Uy=Umsinωt，在熒光屏圖③上畫出所觀察到的亮線的形狀（設T很?。?）如果只在偏轉(zhuǎn)電極XX′上加上圖④所示電壓，試在圖⑤上畫出所觀察到的亮線的形狀。（3）如果在YY′和XX′上同時加上上述電壓，試在圖