第九節(jié)帶電粒子在電場中的運動第1頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三一、帶電粒子的重力是否忽略（1）基本粒子：如：質(zhì)子、電子、α粒子、離子等除有特別說明外，否則不予考慮重力即忽略重力。（2）帶電顆粒：如油滴，液滴，塵埃，小球等除有說明或明確的暗示外，一般不能忽略重力。第2頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三物體在恒力作用下可能做什么運動？舉例說明。想一想（1）勻變速直線運動：

如自由落體運動，豎直上拋運動勻變速曲線運動：

如平拋運動，斜拋運動第3頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三想一想?帶電粒子處于勻強電場中時，在只受電場力作用下，會出現(xiàn)哪些運動情形?E會不會處于靜止狀態(tài)?是勻速運動還是變速運動?是否一定是勻變速運動?為什么?是直線運動,還是曲線運動?帶電粒子處于勻強電場中時既可能做直線運動,又可能做曲線運動,但都是勻變速運動第4頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三二、帶電粒子在勻強電場的加速探究若使帶電粒子在勻強電場中被加速但方向不變，應(yīng)滿足什么條件?qUm+_帶電粒子的加速d結(jié)論在勻強電場中，讓帶電粒子的速度方向和所受電場力的方向_____或者初速度為零，粒子就會在電場力作用下做__________

相同加速直線運動第5頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三算算如圖所示，在真空中有一對平行金屬板，兩板間加以電壓U。兩板間有一帶正電荷q的帶電粒子。它在電場力的作用下，由靜止開始從正極板向負極板運動，到達負板時的速度有多大？(不考慮粒子的重力）qUm+_帶電粒子的加速d二、帶電粒子在勻強電場的加速第6頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三qUm+_帶電粒子的加速d1、受力分析:

水平向右的電場力

F＝Eq=qU/dF2、運動分析:初速度為零，加速度為a=qU/md的向右勻加速直線運動。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初速度不為0呢？第7頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三思考題

如果兩極板間不是勻強電場該用何種方法求解？為什么？

由于電場力做功與場強是否勻強無關(guān)，與運動路徑也無關(guān)，第二種方法仍適用！第8頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三所以第9頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三第10頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三三、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)UL++++++------Y

dY′

v0q如圖帶電粒子以初速度V0垂直電場線射入勻強電場中(粒子電性為負)不計重力,粒子將如何運動?將做曲線運動第11頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三問題1我們通常是采用什么方法來研究曲線運動？問題2將這個曲線運動向哪兩個方向分解？分別是什么分運動？垂直電場方向做勻速直線運動平行電場方向做初速為零的勻加速直線運動類似于平拋運動應(yīng)用運動的合成和分解知識進行處理第12頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三三、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)UL++++++------Y

dY′

如圖所示，在真空中水平放置一對長為L的金屬板Y和Y’，板間距離為d。在兩板間加以電壓U，一電荷量為q質(zhì)量為m的帶正電粒子從極板中央以水平速度v0射入電場。試分析帶電粒子在電場中的運動情況。(不計粒子的重力)v0q第13頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三1、受力分析：粒子受到豎直向下的電場力F＝Eq=qU/d。2、運動規(guī)律分析:粒子作類平拋運動。v++++++------v0Y

dUY′

qLx方向：勻速直線運動Y方向：加速度為

的勻加速直線運動。y

v0vy

vv0vyΦ

3、x方向

4、y方向

5、離開電場時的偏轉(zhuǎn)角度的正切：F第14頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三

例題1.試證明：帶電粒子垂直進入偏轉(zhuǎn)電場，離開電場時就好象是從初速度所在直線的中點沿直線離開電場的。

θx第15頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)相關(guān)公式的思考⑴側(cè)移：Lv0m，qθv0vyUdyvtθ不要死記公式，要清楚物理過程。根據(jù)不同的已知條件，改用不同的表達形式（已知初速度、初動能或加速電壓等）。⑵偏角：注意到

,說明穿出時刻的末速度的反向延長線與初速度延長線交點恰好在水平位移的中點。這一點和平拋運動的結(jié)論相同。⑶穿越電場過程的動能增量：ΔEk=Eqy（注意，一般來說不等于qU）第16頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三讓一價氫離子、一價氦離子和二價氦離子的混合物由靜止開始經(jīng)過同一加速電場加速，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。課后習(xí)題思考：第17頁，共42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互不相同如果y相同會分為三股不會分為三股比較離子是否以相同偏角φ射出如果φ互不相同會分為三股如果φ相同不會分為三股第18頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三總結(jié)偏轉(zhuǎn)距離，偏轉(zhuǎn)角度，由加速電壓和偏轉(zhuǎn)電壓共同決定第19頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三讓一價氫離子、一價氦離子和二價氦離子的混合物由靜止開始經(jīng)過同一加速電場加速，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。課后習(xí)題思考：答案：不會分為三股。第20頁，共42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)和運動學(xué)角度分析從做功和能量的角度分析類似平拋運動的分析方法粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運動粒子在與電場平行的方向上做初速度為零的勻加速運動

第21頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三1、如圖所示，A、B為平行金屬板電容器，兩板間的距離為d，在A板的缺口的正上方距離為h的P處，有一質(zhì)量為m、帶電量為+q的液滴由靜止開始自由落下，若要使液滴不落在B板上，兩板間場強至少為多大？兩板間的電壓U至少為多大？

例與練mgmgqE對全過程由動能定理：第22頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三2.如圖，電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始加速，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變小例與練B第23頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三

3.如圖所示，二價氦離子和質(zhì)子的混合體，經(jīng)同一加速電場加速后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，偏轉(zhuǎn)后，打在同一熒光屏上，則它們（）

A、側(cè)移相同

B、偏轉(zhuǎn)角相同

C、到達屏上同一點

D、到達屏上不同點例與練與粒子的電量q、質(zhì)量m無關(guān)ABC第24頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三4.初速度為2×107m/s的電子沿平行金屬板間的中心線射入板中，板長為30cm，相距為4cm，在兩板間加上如圖所示的正弦交變電壓。條件？已知電子的質(zhì)量為9×10-31Kg，電量為1.6×10-19C，不計電子重力，求：要使所有的電子都能離開電場，圖中電壓的最大值U0需滿足什么第25頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三可認為在t時間內(nèi)電場不變設(shè)電子在兩板間的運動時間為t設(shè)電子在偏轉(zhuǎn)電壓為U0時進入板間析與解第26頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三5.

如圖，水平放置的兩平行金屬板，板長為l、板間距為d，一束電子以v0的初速度從兩板中央水平射入板間，然后從板間飛出射到距板L、寬D的熒光屏上（熒光屏中點在兩板中垂線上）。⑴電子飛入兩板前所經(jīng)歷的加速電場的電壓多大？⑵為了使電子能射至熒光屏上，求圖中D應(yīng)滿足的條件？⑶為了使電子能射至熒光屏上，求偏轉(zhuǎn)電壓UAB的范圍？Lv0lD解：⑴設(shè)加速電壓為U1，則⑵電子的最大偏移量為d/2vO得：AB⑶電子達到熒光屏邊緣，對應(yīng)的偏轉(zhuǎn)電壓最大。第27頁，共42頁，2023年，2月20日，星期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。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)光第28頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三三、示波管的原理1.如果在電極XX’之間不加電壓，而在YY’之間加不變電壓，使Y的電勢比Y’高，電子將打在熒光屏的什么位置？電子沿Y方向向上偏移第29頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三三、示波管的原理1.如果在電極XX’之間不加電壓，而在YY’之間加不變電壓，使Y’的電勢比Y高，電子將打在熒光屏的什么位置？電子沿Y方向向下偏移第30頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三v0示波器原理u1一維偏轉(zhuǎn)u2YY`LL‵voθ

rh第31頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三每一個電子每個電子在電場中運動時間很短不同時刻進入電場的電子可認為在電壓不變的勻強電場中偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)電壓不同.若只在YY

′間加持續(xù)變化的信號電壓呢?屏上亮斑位置不同.即出現(xiàn)在Y軸的亮線第32頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三三、示波管的原理2.如果在電極XX’之間不加電壓，但在YY’之間加如圖所示的交變電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？0<t<t1電子沿Y方向向上偏移第33頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三三、示波管的原理2.如果在電極XX’之間不加電壓，但在YY’之間加如圖所示的交變電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？t1<t<t2電子沿Y方向向下偏移第34頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三三、示波管的原理3.如果在YY’之間加如圖所示的交變電壓，同時在XX’之間加不變電壓，使X的電勢比X’高，在熒光屏上會看到什么圖形？0<t<t1電子沿Y方向向上偏，沿X方向向里偏第35頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三三、示波管的原理3.如果在YY’之間加如圖所示的交變電壓，同時在XX’之間加不變電壓，使X’的電勢比X高，在熒光屏上會看到什么圖形？o-t2電子沿Y方向向上向下偏，沿X方向向外偏第36頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三示波器就是利用兩組正交的偏轉(zhuǎn)極板，控制電子打在熒光屏上的位置。示意圖如右：兩組偏轉(zhuǎn)電極分別控制電子在水平、豎直方向的偏轉(zhuǎn)。一般在水平偏轉(zhuǎn)電極上加掃描電壓（從左向右周期性掃描），在豎直偏轉(zhuǎn)電極上加需要研究的信號。若只在XX

′間加持續(xù)變化的信號電壓呢?勻速的、持續(xù)的掃描形成穩(wěn)定且水平的亮線Y'X'Y偏轉(zhuǎn)電極X電子槍熒光屏第37頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三怎樣在熒光屏上顯示信號電壓的正弦波形？第38頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三三、示波管的原理4.如果在YY’之間加如圖所示的交變電壓，同時在XX’之間加鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？XYOABCDEFABCDEFABOCt1DEFt2第39頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三.如圖所示的示波管，如果在YY’之