9--帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

1、9 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),U,+q m,+,_,=?,F,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、帶電粒子的加速：（不計(jì)重力）,對(duì)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，從受力的角度來看，遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律，從做功的角度來看，遵循能的轉(zhuǎn)化和守恒定律,關(guān)于帶電粒子在電場(chǎng)中的重力： (1)基本粒子：如電子、質(zhì)子、粒子（He原子核）、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(但并不忽略質(zhì)量)。 (2)帶電微粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等,除有說明或有明確的暗示以外,一般都不能忽略重力。,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,如兩極板間不是勻強(qiáng)電

2、場(chǎng)該用何種方法求解？為什么？,由于電場(chǎng)力做功與電場(chǎng)是否勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無關(guān)，第二種方法仍適用！,結(jié)論： 由于電場(chǎng)力做功，與電場(chǎng)是否勻強(qiáng)無關(guān),與運(yùn)動(dòng)路徑也無關(guān)，所以在處理電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速問題時(shí)，一般都是利用動(dòng)能定理進(jìn)行處理。,例1.如圖所示，在A板附近有一電子由靜止開始向 B板運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于電子到達(dá)B板時(shí)的速率，下列解釋 正確的是 ( ) A兩板間距越大，運(yùn)動(dòng)時(shí)間就越長(zhǎng)， 則獲得的速率越大 B兩板間距越小，加速度就越大， 則獲得的速率越大 C與兩板間的距離無關(guān)，僅與加速電壓U有關(guān) D以上解釋都不正確,C,變式訓(xùn)練1.下列帶電粒子均從靜止開始在電場(chǎng)力作用下做加速運(yùn)動(dòng),經(jīng)過相同的電勢(shì)差U后,

3、則獲得速度最大的粒子是 （ ） A、質(zhì)子H B、氘核H C、He原子核 D、鈉離子Na+,A,哪個(gè)動(dòng)能最大？,C,m +q,+,_,v0,你能畫出帶電微粒的運(yùn)動(dòng)軌跡嗎？,- - - - - - - - -,二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)：（不計(jì)重力）,+ + + + + + + + +,+,1.運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析：,帶電粒子以速度v0垂直于電場(chǎng)線方向飛入兩帶電平行板產(chǎn)生的勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，若只受電場(chǎng)力作用，則帶電粒子做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。,2.偏轉(zhuǎn)問題的分析處理方法： （類似平拋運(yùn)動(dòng)分析方法：分解）,（1）沿初速度方向是速度為v0的勻速直線運(yùn)動(dòng)；,（2）沿電場(chǎng)力方向是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。,類平拋運(yùn)動(dòng),與粒子比荷

4、成正比,與粒子初速度v0的平方成反比,與電場(chǎng)的屬性U、l、d有關(guān),與粒子比荷 成正比,與粒子初速度v0 的平方成反比,與電場(chǎng)的屬性U、l、d有關(guān),速度偏轉(zhuǎn)角,位移偏轉(zhuǎn)角,粒子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí)，就好像是從極板中點(diǎn)射出似的。,例2.如圖所示,相距為d長(zhǎng)度為l的平行板AB加上電壓 后,可在A、B之間的空間中產(chǎn)生電場(chǎng),在A、B左端距AB 等距離處的O點(diǎn),有一電量為+q質(zhì)量為m的粒子以初速度v0沿水平方向(與A、B板平行)射入.不計(jì)重力,要使此 粒子能從C處射出,則A、B間的電壓應(yīng)為 ( ) A. B. C. D.,vo,+ + + + + + + +,- - - - - - - -,d,A,B,O,

5、C,對(duì)偏轉(zhuǎn)過程由側(cè)移公式：,解析：選A.,【變式訓(xùn)練2】,一束質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子以平行于兩極板的速度v0進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，如果兩極板間電壓為U，兩極板間的距離為d、板長(zhǎng)為L(zhǎng)設(shè)粒子束不會(huì)擊中極板，則粒子從進(jìn)入電場(chǎng)到飛出極板時(shí)電勢(shì)能的變化量為 (粒子的重力忽略不計(jì)),U1,+,_,電場(chǎng)中加速,電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn),+,_,U2,（1）電子槍：發(fā)射并加速電子。,（2）偏轉(zhuǎn)電極：YY使電子束豎直偏轉(zhuǎn)；XX使電子束水平偏轉(zhuǎn)。,（3）熒光屏：電子束打到熒光屏上能使該處的熒光物質(zhì)發(fā)光。,如果在XX之間不加電壓,而在YY之間所加的電壓按圖所示的規(guī)律隨時(shí)間變化，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？,Y,Y,X,YY隨信號(hào)電

6、壓同步變化，但由于視覺暫留和熒光物質(zhì)的殘光特性，只能看到一條豎直的亮線。,X,示波器圖象,同理可得亮斑在水平方向的偏移隨加在上的電壓而變化，若所加的電壓為特定的周期性變化電壓則亮斑在水平方向來回運(yùn)動(dòng)掃描，如果掃描電壓變化很快，亮斑看起來為一條水平的亮線。,掃描電壓,示波器圖像,Y,Y,X,X,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,C,D,E,F,A,B,C,D,E,F,A,B,O,C,t1,D,E,F,t2,Uy,Ux,如果信號(hào)電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號(hào)電壓的周期相同，就可以在熒光屏上得到待測(cè)信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)

7、隨時(shí)間變化的穩(wěn)定圖像。,X,示波器圖象,O,例3.如圖，電子在電勢(shì)差為U1的加速電場(chǎng)中由靜止開始加速，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,對(duì)偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：,與粒子的電量q、質(zhì)量m無關(guān),解析：選B。對(duì)加速過程由動(dòng)能定理：,與電荷電量和質(zhì)量無關(guān),變式訓(xùn)練3：一束電子流在經(jīng)U=5000 V的加速電壓加速后，在距兩極板等距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電

8、場(chǎng)，如圖所示，若兩板間距d=1.0 cm，板長(zhǎng)l=5.0 cm，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)極板上最多能加多大電壓?,1.利用電場(chǎng)使帶電粒子加速,2.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帶電粒子垂直場(chǎng)強(qiáng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，僅在電場(chǎng)力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在這一過程中帶電粒子的（ ） A電勢(shì)能增加，動(dòng)能減小 B電勢(shì)能減小，動(dòng)能增加 C機(jī)械能保持不變 D電勢(shì)能的減小大于機(jī)械能的增加,B,2.如圖所示，水平平行金屬板A、B間距為d，帶電質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量為m，電荷量為q，當(dāng)質(zhì)點(diǎn)以速率v從兩極板中央水平飛入兩極間，兩極不加電壓時(shí)，恰好從下板邊緣飛出，若給A、B兩極加一電壓U，則恰好從上板邊緣飛出，那么所加電壓U= .,3.(2013新課標(biāo)全國(guó)卷I) 一水平放置的平行板電容器的 兩極板間距為d，極板分別與電池兩極相連，上極板中心 有一小孔(小孔對(duì)電場(chǎng)的影響可忽略