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(共27張PPT)
帶電粒子在電場中的運動
*
帶電粒子有哪些
(1)微觀粒子
如電子、質(zhì)子、α粒子、離子等,除有說明或有明確的暗示以外,此類粒子一般不考慮重力．即G=0;m≠0
(2)宏觀微粒
如液滴、油滴、塵埃、小球等,除有說明或有明確的暗示以外,一般要考慮重力,即G≠0;m≠0 ．
*
帶電粒子在勻強電場中可能會做哪些運動
勻變速直線運動—加速、減速
勻變速曲線運動—偏轉(zhuǎn)
1.平衡
（F合=0）
2.勻變速運動
（F合≠0）
靜止
勻速直線運動
在現(xiàn)代科學(xué)實驗和技術(shù)設(shè)備中, 常常利用電場來改變或控制帶電粒子的運動.利用電場使帶電粒子加速、利用電場使粒子偏轉(zhuǎn),就是兩種最簡單的情況.
*
+
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
_
_
_
_
_
U
U
E
加速
勻速
勻速
一.帶電粒子在電場中加速
1.受力情況
2.運動形式
3.能量轉(zhuǎn)化
只受電場力，且電場力方向與初速度方向相同
勻加速直線運動
電勢能轉(zhuǎn)化為動能
*
1.如圖:在真空中有一對平行金屬板,由于接到電池組上而帶電,兩板間的電勢差為U.若一個質(zhì)量為m、由帶正電荷q的粒子,在靜電力的作用下由靜止開始從正極板運動,計算它到達(dá)負(fù)極板時的速度.
+
－
q
練一練:
*
解法一　運用運動學(xué)知識求解
解法二　運用能量知識求解
若粒子在非勻強電場中加速,上述結(jié)論還成立嗎
如圖所示，兩極間的電壓是U，板間是一非勻強電場.設(shè)有一負(fù)電荷q、質(zhì)量為m 的帶電粒子從負(fù)極處由靜止開始向正極板運動，求：粒子到達(dá)正極板時的速度
解：根據(jù)動能定理：
聯(lián)立得：
-
+
q
依然成立!
*
若粒子的初速度不為零
2. 如圖所示P和Q為兩平行金屬板，板間電壓為U，在P板附近有一電子由靜止開始向Q 板運動，關(guān)于電子到達(dá)Q板時的速率，下列說法正確的是：（ ）
A.兩板間距離越大,加速時間越長，獲得的速率就越大
B.兩板間距離越小，加速度越大，獲得的速率就越大
C.與兩板間距離無關(guān)，僅與加速電壓U有關(guān)
D.以上說法都不正確
練一練:
*
1.受力情況
2.運動形式
3.能量轉(zhuǎn)化
只受電場力，且電場力方向與初速度方向垂直
類平拋運動
電勢能轉(zhuǎn)化為動能
二.帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)
金屬板
+
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
_
_
_
_
_
I
正電荷
*
二.帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)
-
+
d
F
⒈基本關(guān)系
⒉導(dǎo)出關(guān)系
偏移量
速度偏角
⒊兩個推論
M
V反向延長線交于水平位移中點M
*
位移偏角
3、質(zhì)子(質(zhì)量為m、電量為e)和二價氦離子(質(zhì)量為4m、電量為2e)以相同的初動能垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，離開電場后，它們的偏轉(zhuǎn)角正切之比為 ，側(cè)移之比為 。
與電量成正比
與電量成正比
2:1
2:1
強化練習(xí)
4、質(zhì)量為m、帶電量為q的粒子以初速度v從中線垂直進入偏轉(zhuǎn)電場，剛好離開電場，它在離開電場后偏轉(zhuǎn)角正切為0.5，則下列說法中正確的是
A、如果偏轉(zhuǎn)電場的電壓為原來的一半，則粒子離開電場后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25
B、如果帶電粒子的比荷為原來的一半，則粒子離開電場后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25
C、如果帶電粒子的初速度為原來的2倍，則粒子離開電場后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25
D、如果帶電粒子的初動能為原來的2倍，則粒子離開電場后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25
√
√
√
強化練習(xí)
L
三、 加速和偏轉(zhuǎn)一體
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
φ
v
v0
vy
+
_
U1
U2
v0
-q
m
y
2
5
電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始運動,然后射入電勢差為U2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)角θ變大的是( )
A．U1變大、U2變大
B．U1變小、U2變大
C．U1變大、U2變小
D．U1變小、U2變小　　　　　　　　　　　　　
B
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。
v
vy
y
L
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
φ
v0
+
-
U1
U2
v0
-q
m
思考題
Y
Y’
X
X’
-
-
-
+
-
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,電荷運動如何
+
*
三.示波管的原理
示波器:是一種用來觀察電信號隨時間變化的電子儀器。
核心部件：
(由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空。)
示波管
電子槍部分：
偏轉(zhuǎn)電極部分：
熒光屏部分：
發(fā)射出電子
使電子沿兩方向偏轉(zhuǎn)
電子使熒光物質(zhì)受激而發(fā)光
電子槍
偏轉(zhuǎn)電極
熒
光
屏
*
電子槍
偏轉(zhuǎn)電極
-
+
熒光屏
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
1.如果只在YY’之間加不變的電壓,使Y的電勢比Y’高(有時說這種情況是”Y正、Y’負(fù)”),電子束運動過程中受哪個方向的力 電子將打在熒光屏的什么位置
O
Uy
*
電子槍
偏轉(zhuǎn)電極
-
+
熒光屏
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
2.如果只在XX’之間加不變的電壓, (X正、X’負(fù)), 電子將打在熒光屏的什么位置
O
Ux
*
-
+
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
Uy
t
O
3.如果只在YY’之間加如圖所示的變化的電壓,在熒光屏上會看到什么圖形
*
示波器圖象
-
+
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
4.如果只在XX′之間加如圖所示的變化的電壓,在熒光屏上會看到什么圖形
O
Ux
*
示波器圖象
Uy
t
O
5.如果 之間的電壓仍然如圖所示，而在電極 之間加不變的
電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？試著畫出來。
O
Ux
電子槍
偏轉(zhuǎn)電極
-
+
熒光屏
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
*
電子槍
偏轉(zhuǎn)電極
-
+
熒光屏
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
6.如果YY’之間的電壓仍然如圖所示，而在XX’ 之間所加的電壓按圖所示, 在熒光屏?xí)吹绞裁磮D形？
UX
t
t2
Uy
t
O
*
X
Y
O
A
B
C
D
E
F
A
B
C
D
E
F
A
B
O
C
t1
D
E
F
t2
電子槍
偏轉(zhuǎn)電極
-
+
熒光屏
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
*
XX′電極上的電壓叫掃描電壓.
YY′電極上的電壓叫信號電壓.
u
t
0
UX
t
*
如果信號電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號電壓的周期相同，就可以在熒光屏上得到待測信號在一個周期內(nèi)隨時間變化的穩(wěn)定圖象
-
+
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
UX
t
Uy
t
O
*
示波器圖象
要在屏上得到一個正弦圖象, 信號電壓和掃描電壓的周期應(yīng)滿足什么關(guān)系 兩個呢 n個呢
得到一個完整的正弦波形滿足
得到兩個完整的正弦波形呢
uy
t
0
UX
t
得到n個完整的正弦波形呢
*
5.如圖所示是示波管的示意圖，豎直偏轉(zhuǎn)電極的極板長l＝4 cm，板間距離d＝1 cm，板右端距離熒光屏L＝18 cm.(水平偏轉(zhuǎn)電極不加電壓，沒有畫出)電子沿中心線進入豎直偏轉(zhuǎn)電場的速度是1.6×107 m/s，電子電荷量e＝1.60×10－19 C，質(zhì)量m＝0.91×10－30 kg.問：
練一練:
(1)要使電子束不打在偏轉(zhuǎn)電極的極板上，加在豎直偏轉(zhuǎn)電極上的最大偏轉(zhuǎn)電壓U不能超過多大？
(2)若在偏轉(zhuǎn)電極上加U＝40sin 100πt V的交變電壓，在熒光屏的豎直坐標(biāo)軸上能觀測到多長的線段？
(1)91 V　(2)4.4 cm
*

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