帶電粒子在電場中的運動8

1.9帶電粒子在電場中的運動引言物體的初速度和受的合外力決定了物體的運動情況。帶電粒子在電場中的運動，常見的有加速、減速、偏轉(zhuǎn)、圓周運動等。規(guī)律同力學。和過去學過的力學來比，在受力分析時要增加電場力分析。電學搭臺力學唱戲帶電粒子在電場中要受到哪些力的作用?通常要受到重力和電場力1、一個電子的質(zhì)量為0.91×10-30kg,電荷量e=1.6×10-19C，當它位于E=5×104V/m的電場中時:受到的重力G為多大？受到的電場力F為多大？F/G=？你會發(fā)現(xiàn)什么？G=mg=9×10-30NF/G=1×1015F=qE=8×10-15N

電子、質(zhì)子、離子等微觀帶電粒子所受重力一般遠小于電場力，重力可以忽略（有說明或暗示除外）。注意：忽略粒子的重力并不是忽略粒子的質(zhì)量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體一般可分為兩類：1、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子，正負離子等。這些粒子所受重力和電場力相比要小得多，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、油滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。

帶電粒子在電場中的運動情況

1.平衡

2.加速或減速

3.偏轉(zhuǎn)一、帶電粒子的平衡若帶電粒子在電場中所受合力為零時，即∑F＝0時，粒子將保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。2、帶電粒子在電場中處于靜止狀態(tài)，該粒子帶正電還是負電?+++++++-------Eqmg分析：帶電粒子處于靜止狀態(tài)，∑F＝0，Eq=mg，因為所受重力豎直向下，所以所受電場力必為豎直向上。又因為場強方向豎直向下，所以帶電體帶負電。二、帶電粒子的加速或減速

若∑F≠0（只受電場力）且與初速度方向在同一直線上，帶電粒子將做加速或減速直線運動。(變速直線運動)以帶電粒子的加速為例來說明如圖所示，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帶電粒子的加速++++++++________UUE加速勻速勻速+qmV0V=?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。解法一運用運動學知識求解解法二運用能量知識求解思考題如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！解:根據(jù)動能定理得:3.熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在金屬絲和金屬板間加以電壓U=2500V，發(fā)射出的電子在真空中加速后，從金屬板的小孔穿出。電子穿出時的速度有多大？設電子剛離開金屬絲時的速度為零。

電荷量為e的電子從金屬絲移動到金屬板,兩處的電勢差為U，電勢能減少量為eU.減少的電勢能全部轉(zhuǎn)化為電子的動能:解：4、下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為U的電場加速后，

哪種粒子動能最大（）哪種粒子速度最大（）

A、質(zhì)子B、電子

C、氘核D、氦核

例與練與電量成正比與比荷平方根成正比DB三、帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)ld+-------++++++++Uv0q、m1.q的受力怎樣?－q的受力又怎樣?2.水平方向和豎直方向的運動性質(zhì)怎樣?3.與學過的哪種運動形式類似?三、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)平行電場方向:做初速度為0的勻加速直線運動垂直電場方向:做勻速直線運動帶電粒子沿垂直電場的方向進入勻強電場,做類平拋運動1、運動的性質(zhì)：ld+-----------+++++++++Uv0q、mF+vv0vyyθ偏轉(zhuǎn)角側(cè)移兩類關(guān)系：位移關(guān)系與速度關(guān)系θx2、分析類平拋運動垂直電場方向:平行電場方向:偏移距離偏轉(zhuǎn)角3、推論⑴：帶電粒子垂直進入偏轉(zhuǎn)電場，離開電場時,粒子好象是從入射線中點直接射出來的。

例與練θx推論⑵：例與練θxα5、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

。

例與練與電量成正比與電量成正比1:21:26、三個電子在同一地點同時沿同一直線垂直飛入偏轉(zhuǎn)電場。則由此可判斷（）

A、b和c同時飛離電場

B、在b飛離電場的瞬間，a剛好打在下極板上

C、進入電場時，c速度最大，a速度最小

D、c的動能增量最小，a和b的動能增量一樣大

例與練BCD一個電荷量為-q質(zhì)量為m的帶電粒子，由靜止進入一個電壓為U1的加速電場加速后，又垂直進入一個電壓為U2的偏轉(zhuǎn)電場，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場偏轉(zhuǎn)后打在熒光屏上,整個裝置如圖示.(不計粒子的重力).求:(1)出偏轉(zhuǎn)電場時的偏移距離y；(2)出偏轉(zhuǎn)電場時的偏轉(zhuǎn)角；(3)打在熒光屏上時的偏移距離Y.v0++++++------U2dlvyθvy_+U1-qmv0OYLθ三、帶電粒子的先加速再偏轉(zhuǎn)后勻速v0++++++------U2dlvyθvy_+U1-qmv0OYL經(jīng)加速電場U1加速后:經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場U2偏轉(zhuǎn)后:(1)偏移距離y:dmvqlU2022=2y(2)偏轉(zhuǎn)角:θdmvqlU20=2tanq(3)偏移距離Y:qtan)L2(lY+=dUlU122=dUlU1224=dUlU122θ7、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dUlU122=B

8、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)移距離相同

B、偏轉(zhuǎn)角相同

C、到達屏上同一點

D、到達屏上不同點ABCdUlUy1224=帶電粒子的偏移量和偏轉(zhuǎn)角由系統(tǒng)決定，而與粒子的質(zhì)量、電量無關(guān).只要電性相同的帶電粒子,在電場中留下的軌跡相同,所以無法將電性相同的粒子分開.例與練dUlU122=tanqqtan)L2(lY+=dUlU122電子槍熒光屏偏轉(zhuǎn)電極+-XX、y、yXX、y、y亮斑四、示波管原理1、構(gòu)成YY’XX’-+--+-若金屬板水平放置電子將豎直偏轉(zhuǎn)若金屬板豎直放置電子將水平偏轉(zhuǎn)2、偏轉(zhuǎn)電極的放置方式及作用3、各部分的作用產(chǎn)生高速飛行的電子束待顯示的電壓信號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4、示波管的原理的問題討論1、如果在電極XX’之間不加電壓，而在YY’之間不加電壓，電子將打在熒光屏的什么位置？電子將做直線運動，打在熒光屏上產(chǎn)生一個亮點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3、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5、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，在熒光屏上會看到什么圖形？0<t<t1電子沿Y方向向上偏移電子在極板間飛行的時間遠小于極板電壓變化周期，電子在平行板間運動時認為電壓不變，一個時刻，一個電子，一個電壓，熒光屏上一個亮點。7、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8、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9、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？t1<t<t2電子沿Y方向向下偏，沿X方向向里偏10、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？電子沿Y方向向上向下偏，沿X方向向外偏11、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？XYOABCDEFABCDEFABOCt1DEFt212、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)定圖象電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YY’XX’YY’XX’UXt15、如圖所示的示波管，如果在YY’之間加如圖所示的交變電壓，同時在XX’之間加如圖所示的鋸齒形電壓，使X的電勢比X’高，在熒光屏上會看到什么圖形？例與練UxtOt1t215、如圖所示的示波管，如果在YY’之間加如圖所示的交變電壓，同時在