帶電粒子在電場中的運動

10.5帶電粒子在電場中的運動教師：日期：

月

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。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：

做勻變速運動新課引入電子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？電子被加速器加速后轟擊重金屬靶時，會產(chǎn)生射線，可用于放射治療。圖中展示了一臺醫(yī)用電子直線加速器。一、帶電粒子在電場中的加速（加速電場）+++++++++------+v0vt站立式討論：已知電極板電壓U，間距d，帶電粒子帶正電，質(zhì)量為m，電荷量為q，初速度為0，求末速度vt，方案二（能量觀點）：方案一（動力學觀點）：你能行?。?、如圖所示，在真空中，有一對平行金屬板，由于接到電池組上而帶電。兩極板間的電勢差為U。如果一個質(zhì)量為m帶正電荷q的粒子，僅在靜電力的作用下，從負極板運動到正極板。問：

(1)從負極板出發(fā)時，至少要有多大的初速度才能到達正極板(2)保持第一問求出的速度，若將兩極板之間的距離增大，請問該粒子還能不能到達正極板，并說明理由思考：如圖多級平行板連接，能否加速粒子？U＋＋＋－－－ABCDEF怎么辦？多級直線加速器多級直線加速器示意圖U~＋－因交變電壓的變化周期相同，故粒子在每個圓筒中的運動時間相等。U0u0-u0tT2Tt多級直線加速器課本例題1如圖10.5-1甲，某裝置由多個橫截面積相同的金屬圓筒依次排列，其中心軸線在同一直線上，圓筒的長度依照一定的規(guī)律依次增加。序號為奇數(shù)的圓筒和交變電源的一個極相連，序號為偶數(shù)的圓筒和該電源的另一個極相連。交變電源兩極間電勢差的變化規(guī)律如圖10.5-1乙所示。在t＝0時，奇數(shù)圓筒相對偶數(shù)圓筒的電勢差為正值，此時位于和偶數(shù)圓筒相連的金屬圓板（序號為0）中央的一個電子，在圓板和圓筒1之間的電場中由靜止開始加速，沿中心軸線沖進圓筒1。為使電子運動到圓筒與圓筒之間各個間隙中都能恰好使靜電力的方向跟運動方向相同而不斷加速，圓筒長度的設(shè)計必須遵照一定的規(guī)律。若已知電子的質(zhì)量為m、電子電荷量為e、電壓的絕對值為u，周期為T，電子通過圓筒間隙的時間可以忽略不計。則金屬圓筒的長度和它的序號之間有什么定量關(guān)系？第n個金屬圓筒的長度應(yīng)該是多少？解：設(shè)電子進入第n個圓筒后的速度為v，根據(jù)動能定理有得第n個圓筒的長度為圓筒長度跟圓筒序的平方根成正比，第n個圓筒的長度是課本例題1二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)（偏轉(zhuǎn)電場）-------------------------------------------------------------------------------------+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++V0試一試：已知電極板電壓U，間距d，長為L，帶電粒子帶正電，質(zhì)量為m，忽略帶電粒子的重力，電荷量為q，初速度為v0，垂直電場線方向射入電場，試分析電荷做什么運動？+運動模型：類平拋運動受力分析：垂直電場線方向→Fx合=0→勻速直線運動沿著電場線方向→Fy合=0→從靜止開始的勻加速直線運動Ld--------+++++++++Uv0q、m++vyαvv0y二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)（偏轉(zhuǎn)電場）運動時間：偏移量：偏移角度：若粒子未能飛出兩極板，則運動時間又是多少？

2、如圖，兩相同極板A與B的長度l為6.0cm，相距d為2cm，極板間的電壓U為200V。一個電子沿平行于板面的方向射入電場中，射入時的速度v0為3.0×107m/s。把兩板間的電場看作勻強電場，求電子射出電場時沿垂直于板面方向偏移的距離y和偏轉(zhuǎn)的角度θ。解：電子在電場中運動的加速度是（1）電子射出電場時，在垂直于板面方向偏移的距離為（2）其中t為飛行時間。由于電子在平行于板面的方向不受力，所以在這個方向做勻速直線運動，由l＝v0t可求得（3）把（1）（3）式代入（2）式得到代入數(shù)值后，解得即電子射出時沿垂直于板面的方向偏離0.35cm你能行??！三、帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)3、如圖所示，一個電子由靜止開始經(jīng)加速電場加速后，又沿偏轉(zhuǎn)電場極板間的中心軸線從O點垂直射入，并從另一側(cè)射出打到熒光屏上的P點，O′點為熒光屏的中心。已知電子質(zhì)量m、電荷量e、加速電場電壓U0、偏轉(zhuǎn)電場電壓U、極板的長度L1、板間距離d、極板的末端到熒光屏的距離為L2且L2=L1/2(忽略電子所受重力)。求：(1)電子射入偏轉(zhuǎn)電場時的初速度v0；(2)電子打在熒光屏上的P點到O′點的距離h；(3)為確保電子能從偏轉(zhuǎn)電場射出，偏轉(zhuǎn)電壓U和加速電壓U0的比值應(yīng)滿足什么要求。你能行??！YY’XX’-+--+-若金屬平行板水平放置，電子將在豎直方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。若金屬平行板豎直放置，電子將在水平方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)電極的不同放置方式兩種偏轉(zhuǎn)電場放置方式拓展學習：示波器拓展學習：示波管的原理加速電場：產(chǎn)生高速飛行的電子束待顯示的信號電壓鋸齒形掃描電壓使電子沿Y方向偏移使電子沿x方向偏移思考與討論1：如果在電極

XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間也不加電壓，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏站立式討論：思考與討論2：如果在電極

XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間加不變電壓，使Y的電勢比

Yˊ高，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏站立式討論：思考與討論3：如果在電極

XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間加不變電壓，使Yˊ的電勢比Y高，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏站立式討論：思考與討論4：如果在XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ

之間加按圖示的規(guī)律變化的電壓，在熒光屏會看到的什么樣的圖形？XˊXYYˊUYtOYˊ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，只能看到一條豎直的亮線。站立式討論：-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏思考與討論5：如果在電極YYˊ之間不加電壓，而在

XXˊ之間加不變電壓，使

X的電勢比Xˊ

高，電子將打在熒光屏的什么位置？站立式討論：-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏思考與討論6：如果在電極

YYˊ之間不加電壓，而在XXˊ之間加不變電壓，使

Xˊ

的電勢比

X高，電子將打在熒光屏的什么位置？站立式討論：UXt掃描電壓思考與討論7：若

XXˊ

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一一掃描，如果掃描電壓變化很快，亮斑看起來為一條水平的亮線。示波器圖象OXˊXYYˊ站立式討論：思考與討論8：如果在YYˊ之間加如圖所示的交變電壓，同時在

XXˊ之間加鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？ABCDFABCt1DEFt2XˊXYYˊtOU