1、儀器名稱：示波器 型 號(hào)：COS5100,系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，數(shù)以10億計(jì)的電子就將從這條加速管中以接近光速?zèng)_進(jìn)儲(chǔ)存環(huán)中發(fā)生碰撞,北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)加速器的起點(diǎn),9.帶電粒子在電場(chǎng) 中的運(yùn)動(dòng),新課標(biāo)高中物理選修31,第一章 靜電場(chǎng),3、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)判定,電場(chǎng)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，粒子，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和電場(chǎng)力相比小得多，除非有說(shuō)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(shuō)明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。,帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,運(yùn)動(dòng)情況：,受到

2、恒定的電場(chǎng)力,受力情況：,做勻變速運(yùn)動(dòng),一. 帶電粒子在電場(chǎng)中的加速,用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析,用動(dòng)能定理分析,1、受力分析:,水平向右的電場(chǎng)力 FEq=qU/d,2、運(yùn)動(dòng)分析:,初速度為零，加速度為a=qU/md的向右勻加速直線運(yùn)動(dòng)。,解法一運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解,解法二運(yùn)用能量知識(shí)求解,粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān),思考題,如兩極板間不是勻強(qiáng)電場(chǎng)該用何種方法求解？為什么？,由于電場(chǎng)力做功與場(chǎng)強(qiáng)是否勻強(qiáng)無(wú)關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無(wú)關(guān)，第二種方法仍適用！,所以,例1,結(jié)論：由于電場(chǎng)力做功與場(chǎng)強(qiáng)是否勻強(qiáng)無(wú)關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無(wú)關(guān)，所以在處理電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速問(wèn)題時(shí)，一般都是利用動(dòng)能定理進(jìn)行處理。,例2：如圖所示

3、，在P板附近有一電子由靜止開(kāi)始向Q板運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)情況，下列敘述正確的是：( ),A.兩板間距越大，加速的時(shí)間越長(zhǎng) B.兩板間距離越小，加速度就越大，則電子到達(dá)Q板時(shí)的速度就越大 C.電子到達(dá)Q板時(shí)的速度與板間距離無(wú)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(wú)關(guān),AC,d,U,v0,q、m,二. 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn),d,U,v0,q、m,F,v,v0,vy,y,偏轉(zhuǎn)角,側(cè)移,二. 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn),試根據(jù)類平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，推導(dǎo)偏移量 y和偏轉(zhuǎn)角,1.受力分析：粒子受到豎直向下的靜電力FEq=qU/d。,2.運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析:粒子作類平拋運(yùn)動(dòng)。,x方向：勻速

4、直線運(yùn)動(dòng) Y方向：加速度為 的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。,3. x方向,4. y方向,5、離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度的正切：,結(jié)論：帶電粒子初速度垂直于電場(chǎng)方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)的問(wèn)題就是一個(gè)類平拋的問(wèn)題。 粒子在與電場(chǎng)垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng) 粒子在與電場(chǎng)平行的方向上做初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng),例3,三、 加速和偏轉(zhuǎn)一體,讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物經(jīng)過(guò)同一加速電場(chǎng)由靜止開(kāi)始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)里偏轉(zhuǎn)，在通過(guò)加速電場(chǎng)時(shí)獲得的動(dòng)能是否相同？通過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，它們是否會(huì)分為三股？請(qǐng)說(shuō)明理由。,答案：通過(guò)加速電場(chǎng)時(shí)獲得的動(dòng)能Ek=qU,加速電壓相同，二價(jià)氦離子電荷量最大，所以二價(jià)氦離子獲得動(dòng)能最大。 粒

5、子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)決定，所以三種粒子不可能分開(kāi)為三股。,思考題,例4：離子發(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為m，電荷量為q的負(fù)離子，從靜止 經(jīng)加速電壓U 1 加速后，獲得速度v0 ，并沿垂直于電場(chǎng)線方向射入兩平行板中央，受偏轉(zhuǎn)電壓U2作用后，以速度離開(kāi)電場(chǎng)，已知平行板長(zhǎng)為，兩板間距離為d，,1）離子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 的時(shí)間、加速度、速度 的大小； 2）離子在離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí) 的沿電場(chǎng)方向的偏移量 和偏轉(zhuǎn)角的正切值。,l,u1,d,v0,求：,例5： 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(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，若兩板間距 d=1.0cm，板長(zhǎng) l=5.0cm

6、，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)板之間的電壓最多能加多少？,四、示波器的原理,1.示波器作用：是一種用來(lái)觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的電子儀器。 2.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。,產(chǎn)生高速飛行的電子束,待顯示的電壓信號(hào),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,四、示波器的原理,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(chǎng)時(shí)的偏向角正切值tan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,3.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(shì)比Y

7、高，電子將打在熒光屏的什么位置？,電子沿Y方向向上偏移,四、示波器的原理,2）、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(shì)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,四、示波器的原理,3）、如果在電極 YY之間不加電壓，但在XX之間加不變電壓，使X的電勢(shì)比X高，電子將打在熒光屏的什么位置？,電子沿X方向向里偏移,四、示波器的原理,4）、如果在電極 YY之間不加電壓，但在XX之間加不變電壓，使X的電勢(shì)比X高，電子將打在熒光屏的什么位置？,電子沿X方向向外偏移,四、示波器的原理,5）、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(huì)看到

8、什么圖形？,0tt1電子沿Y方向向上偏移,四、示波器的原理,6）、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(huì)看到什么圖形？,t1tt2電子沿Y方向向下偏移,四、示波器的原理,7）、如果在YY之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在XX之間加不變電壓，使X的電勢(shì)比X高，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？,0tt1電子沿Y方向向上偏，沿X方向向里偏,四、示波器的原理,8）、如果在YY之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在XX之間加不變電壓，使X的電勢(shì)比X高，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？,t1tt2電子沿Y方向向下偏，沿X方向向里偏,四、示波器的原理,8）、如果在YY之間加如圖所示的交變電壓

9、，同時(shí)在XX之間加不變電壓，使X的電勢(shì)比X高，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？,電子沿Y方向向上向下偏，沿X方向向外偏,四、示波器的原理,10）、如果在YY之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在XX之間加鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？,X,Y,O,A,B,O,C,t1,D,E,F,t2,四、示波器的原理,例6 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(diǎn)，若亮點(diǎn)很快移動(dòng)，由于視覺(jué)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上加上如圖所示的電壓Uy=Umsint，在熒光屏圖上畫出所觀察到的亮線的形狀

10、（設(shè)T很?。?（2）如果只在偏轉(zhuǎn)電極XX上加上圖所示電壓，試在圖上畫出所觀察到的亮線的形狀。 （3）如果在YY和XX上同時(shí)加上上述電壓，試在圖上畫出所觀察到的亮線的形狀。,課堂小結(jié)：,一、利用電場(chǎng)使帶電粒子加速,二、利用電場(chǎng)使帶電粒子偏轉(zhuǎn),從動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析,從做功和能量的角度分析,類似平拋運(yùn)動(dòng)的分析方法,粒子在與電場(chǎng)垂直的方向上做 勻速直線運(yùn)動(dòng),粒子在與電場(chǎng)平行的方向上做 初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng),1、下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為U的電場(chǎng)加速后，哪種粒子動(dòng)能最大 （ ） 哪種粒子速度最大 （ ） A、質(zhì)子 B、電子 C、氘核 D、氦核,強(qiáng)化練習(xí),與電量成正比,與比荷平方根成正比,D,B,e

11、/m 1840e/m e/2m 2e/4m,2、如圖所示，M、N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質(zhì)量為m、電量為+q的質(zhì)子，以極小的初速度由小孔進(jìn)入電場(chǎng)，當(dāng)M、N間電壓為U時(shí)，粒子到達(dá)N板的速度為v，如果要使這個(gè)帶電粒子到達(dá)N板的速度為2v ，則下述方法能滿足要求的是（ ）A、使M、N間電壓增加為2U B、使M、N間電壓增加為4U C、使M、N間電壓不變，距離減半 D、使M、N間電壓不變，距離加倍,M,N,U,d,v與電壓平方根成正比,B,強(qiáng)化練習(xí),3、如圖所示的電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn)，A、B的電勢(shì)差UAB100V，一個(gè)質(zhì)量為m=2.010-12kg、電量為q=-5.010-8C的帶電粒子，以

12、初速度v0 =3.0103m/s由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，求粒子到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速率。（不計(jì)粒子重力）,q為負(fù),強(qiáng)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(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，剛好離開(kāi)電場(chǎng)，它在離開(kāi)電場(chǎng)后偏轉(zhuǎn)角正切為0.5，則下列說(shuō)法中正確的是 A、如果偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電壓為原來(lái)的一半，則粒子離開(kāi)電場(chǎng)后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25 B、如果帶電粒子的比荷為原來(lái)的一半，則粒子離開(kāi)電場(chǎng)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(lái)的2倍，則粒子離開(kāi)電場(chǎng)后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25 D、如果帶電粒子的初動(dòng)能為原來(lái)的2倍，則粒子離開(kāi)電場(chǎng)后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25,強(qiáng)化練習(xí),5、質(zhì)子(質(zhì)量為m、電量為e)和二價(jià)氦

13、離子(質(zhì)量為4m、電量為2e)以相同的初動(dòng)能垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中，離開(kāi)電場(chǎng)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(qiáng)化練習(xí),6、三個(gè)電子在同一地點(diǎn)沿同一直線垂直飛入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，如圖所示。則由此可判斷（ ） A、 b和c同時(shí)飛離電場(chǎng) B、在b飛離電場(chǎng)的瞬間，a剛好打在下極板上 C、進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)，c速度最大，a速度最小 D、c的動(dòng)能增量最小， a和b的動(dòng)能增量一樣大,強(qiáng)化練習(xí),析與解,6、三個(gè)電子在同一地點(diǎn)沿同一直線垂直飛入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，如圖所示。則由此可判斷（ ） A、 b和c同時(shí)飛離電場(chǎng) B、在b飛離電場(chǎng)的瞬間，a剛好打在下極板上 C、進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)，c

14、速度最大，a速度最小 D、c的動(dòng)能增量最小， a和b的動(dòng)能增量一樣大,強(qiáng)化練習(xí),7、如圖，電子在電勢(shì)差為U1的加速電場(chǎng)中由靜止開(kāi)始加速，然后射入電勢(shì)差為U2的兩塊平行極板間的電場(chǎng)中，入射方向跟極板平行。整個(gè)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,強(qiáng)化練習(xí),析與解,對(duì)加速過(guò)程由動(dòng)能定理：,對(duì)偏轉(zhuǎn)過(guò)程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：,與粒子的電量q、質(zhì)量m無(wú)關(guān),8、如圖所示，二價(jià)氦離子和質(zhì)子的混合體，經(jīng)同一加速電場(chǎng)加速后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)

15、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(dá)屏上同一點(diǎn) D、到達(dá)屏上不同點(diǎn),與粒子的電量q、質(zhì)量m無(wú)關(guān),強(qiáng)化練習(xí),9、試證明：帶電粒子垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)就好象是從初速度所在直線的中點(diǎn)沿直線離開(kāi)電場(chǎng)的。,x,強(qiáng)化練習(xí),10、如圖所示，有一電子(電量為e、質(zhì)量為m)經(jīng)電壓U0加速后，沿平行金屬板A、B中心線進(jìn)入兩板，A、B板間距為d、長(zhǎng)度為L(zhǎng)， A、B板間電壓為U，屏CD足夠大，距離A、B板右邊緣2L，AB板的中心線過(guò)屏CD的中心且與屏CD垂直。試求電子束打在屏上的位置到屏中心間的距離。,強(qiáng)化練習(xí),析與解,電子離開(kāi)電場(chǎng)，就好象從中點(diǎn)沿直線離開(kāi)的：,對(duì)

16、加速過(guò)程由動(dòng)能定理：,11、質(zhì)量為110-25kg、電量為110-16C的帶電粒子以2106m/s速度從水平放置的平行金屬板A、B中央沿水平方向飛入板間，如圖所示。已知板長(zhǎng)L10cm，間距d2cm，當(dāng)AB間電壓在 范圍內(nèi)時(shí)，此帶電粒子能從板間飛出。,v0,+ + + + +,- - - - -,強(qiáng)化練習(xí),v0,+ + + + +,- - - - -,析與解,對(duì)偏轉(zhuǎn)過(guò)程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：,或?qū)ζD(zhuǎn)過(guò)程由側(cè)移公式：,12、如圖所示的示波管，如果在YY之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在XX之間加如圖所示的鋸齒形電壓，使X的電勢(shì)比X高，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？,強(qiáng)化練習(xí),13、如圖所示的示波管，如果在

17、YY之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在XX之間加如圖所示的鋸齒形電壓，使X的電勢(shì)比X高，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？,X,Y,O,0tt1,t1tt2,強(qiáng)化練習(xí),14、真空室中電極K發(fā)出電子（初速不計(jì)），經(jīng)過(guò)電壓為U1的加速電場(chǎng)后，由小孔S沿水平金屬板A、B間的中心線射入板中，板長(zhǎng)L，相距為d，在兩板間加上如圖乙所示的正弦交變電壓，前半個(gè)周期內(nèi)B板的電勢(shì)高于A板的電勢(shì)，已知電子的質(zhì)量為m，帶電量為e，不計(jì)電子重力，求： （1）電子進(jìn)入AB板時(shí)的初速度； （2）要使所有的電子都能離開(kāi)AB板，圖乙中電壓的最大值U0需滿足什么條件？ （3）在熒光屏上 會(huì)看到什么圖形？,強(qiáng)化練習(xí),設(shè)電子進(jìn)入AB板時(shí)的初速

18、度為v0,設(shè)電子在偏轉(zhuǎn)電壓為U0時(shí)進(jìn)入AB板間,析與解,練習(xí)一：,A板的電勢(shì)UA0，B板的電勢(shì)UB隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示。則( )A.若電子是在t0時(shí)刻進(jìn)入的，它將一直向B板運(yùn)動(dòng)B.若電子是在tT/8時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng),最后打在B板上C.若電子是在t3T/8時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng),最后打在B板上 D.若電子是在tT/2時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板、時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng),AB,在平行金屬板A、B之間加如圖所示的交變電壓，其頻率為f，t=0時(shí)刻A板處有一個(gè)質(zhì)量為m、電量為q的正離子從靜止開(kāi)始向B板運(yùn)動(dòng)，重力忽略不計(jì)，求：為使離子到B板時(shí)的速度最大，A、B之間的距離d應(yīng)滿足什么條件？,解：要使正離子到達(dá)B板的速度最大，需要正離子在電場(chǎng)中始終做加速運(yùn)動(dòng)，應(yīng)滿足,因此AB之間的距離應(yīng)滿足,練習(xí) 二：,例6,電子在電勢(shì)差為U1的加速電場(chǎng)中由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),然后射入電勢(shì)差為U2的兩塊平行極板間的電場(chǎng)中,入射方向跟極板平行.整個(gè)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)角變大的是( ) AU1變大、U2變大 BU1變小、U2變大 CU1變大、U2變小 DU1變小、U2變小,B,如圖是一個(gè)說(shuō)明示波管工作