《帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》精品課件.ppt

新人教版物理選修3 1 1 9帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 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(lèi) 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)力相比在小得多 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 e1 用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析 用動(dòng)能定理分析 加速電壓 根據(jù)動(dòng)能定理 qu mv2 2 或根據(jù)牛頓定律 a f m qu dm和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 v2 2ad 得 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(qiáng)電場(chǎng)的情況 一 帶電粒子在電場(chǎng)中的加速 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(chǎng)力的作用下以初速v0開(kāi)始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng) 則 1 帶電粒子在電場(chǎng)中作什么運(yùn)動(dòng) 2 粒子穿出負(fù)極板時(shí)的速度多大 3 粒子穿出負(fù)極板后做什么運(yùn)動(dòng) 一般用 動(dòng)能定理 求解 分析 對(duì)于粒子來(lái)說(shuō) 一般有mg f 故可忽略 1 帶電粒子在電場(chǎng)中以加速度a f m qu md做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 2 由v2 vo2 2ad解得 或 由動(dòng)能定理qu mv2 2 mv02 2解得 1 非勻強(qiáng)電場(chǎng)中 如何計(jì)算 電場(chǎng)力做功 只于始末位置電勢(shì)差有關(guān) 2 若帶正電粒子以v0負(fù)板向正板運(yùn)動(dòng) 分析 粒子運(yùn)動(dòng)情況 明確粒子v a的變化情況 3 若粒子以初速度v0沿垂直場(chǎng)強(qiáng)方向進(jìn)入電場(chǎng) 離子的運(yùn)動(dòng)情況如何 思考討論 二 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn) 試根據(jù)類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí) 推導(dǎo)偏移量y和偏轉(zhuǎn)角 偏移量y的計(jì)算 1 畫(huà)出電場(chǎng)線 并進(jìn)行受力分析 2 粒子做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng) 3 為計(jì)算y 需要知道哪些物理量 4 這些物理量能計(jì)算出嗎 偏轉(zhuǎn)角 的計(jì)算 1 什么叫偏轉(zhuǎn)角 2 怎樣計(jì)算偏轉(zhuǎn)角 對(duì)偏移公式的討論 對(duì)于不同的帶電粒子 2 若以相同的動(dòng)能射入 3 若經(jīng)相同電壓u0加速后射入 則 y與qm無(wú)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 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(fù)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(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)的橫向偏移量和偏轉(zhuǎn)角的正切值 l u1 d v0 求 思考題 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 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 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 三 示波器的原理 示波器是一種用來(lái)觀察電信號(hào)隨時(shí)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 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(huì)發(fā)出可見(jiàn)光 電子本身并不能發(fā)光 從屏上觀察亮點(diǎn) 可知打到屏上電子的偏移情況 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 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 電子在極板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間極短 可認(rèn)為此瞬間極板間電壓不變 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 要想增加x軸方向掃描線的寬度 怎么辦 滿(mǎn)足什么條件才能得到穩(wěn)定正確的波形 uy t o t t 2t t 2 t掃 nt 顯示出的信號(hào)完整波形個(gè)數(shù)由什么決定 n 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 umsin t 在熒光屏圖 上畫(huà)出所觀察到的亮線的形狀 設(shè)t很小 2 如果只在偏轉(zhuǎn)電極xx 上加上圖 所示電壓 試在圖 上畫(huà)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(huà)出所觀察到的亮線的形狀 課堂小結(jié) 一 利用電場(chǎng)使