资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.9,带电粒子在电场中的运动,1.9带电粒子在电场中的运动,新课导入,1,、在电场中带电粒子受什么力的作用？,+,-,qE,mg,通常要受到,重力和电场力,2,、电场中的带电粒子一般可分为两类：,带电的基本粒子：如电子，质子，,粒子，正负离子等。一般都不考虑重力。,带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。,新课导入1、在电场中带电粒子受什么力的作用？+,3,、,带电粒子在均强电场中运动时，运动有什么特点？,运动情况：,受到恒定的电场力,受力情况：,类自由落体运动和类平抛运动,水平位移,x,竖直位移,y,偏转角,3、带电粒子在均强电场中运动时，运动有什么特点？运动情况：受,4,、研究带电粒子的主要理论公式,电场力,F=qE,加速度,a=F/m,电场力的功,W=qU,或,W=qEd,+,-,F,q,d,U,4、研究带电粒子的主要理论公式电场力,一、带电粒子的加速,U,E,q,加 速,匀 速,匀 速,类似于自由落体运动,U,+,-,F,q,一、带电粒子的加速UEq加 速匀 速匀 速类似于自由落体运动,q,U,m,+,_,计算粒子到达另一个极板时的速度,d,1,、受力分析,:,F,2,、运动分析,:,初速度为零，加速度为,a,=,qU,/,md,的向右匀加速直线运动。,水平向右的电场力,qUm+_计算粒子到达另一个极板时的速度 d1、受力分析:F,解法一运用运动学知识求解,粒子加速后的速度只与加速电压有关,解法二运用动能定理知识求解,解法一运用运动学知识求解粒子加速后的速度只与加速电压有关解,思考与讨论,在上述问题中，两块金属板是平行的，两板间的电场是匀强电场。如果两极板是其他形状，中间的电场不在均匀，上面的结果是否仍然适用？为什么？,若粒子的初速度为零,则,:,若粒子的初速度不为零,则,:,由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的,加速,问题时，一般都是利用,动能定理,进行处理。,思考与讨论 在上述问题中，两块金属板是平行的，两,例,1,：炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以电压,U,=2500 V,，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出。电子穿出时的速度有多大？设电子刚刚离开金属丝时的速度为,0.,3.010,7,m/s,解：电荷量为,e,的电子从金属丝移动到金属板，两处的电势差为,U,，电势能的减少量是,eU,。,电势能全部转化为动能,，所以,解出速度,v,并把数值代入，得,例1：炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以电压,M,N,U,d,+,例,3,：,如图所示，在,P,板附近有一电子由静止开始向,N,板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是(,),A,、匀速直线运动,B,、匀加速直线运动,C,、电子到达,N,板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压有关,D,、电子的加速度和末速度都与板间距离无关,P,BC,MNUd+例3：如图所示，在 P 板附近有一电子由静止开始向,思考与讨论,E,1,（加速电压）,E,1,、带电粒子平行于电场线进入电场，做匀加速直线运动。,2,、若粒子以初速度,v,0,沿,垂直,场强方向进入电场，离子的运动情况如何？,+,-,v,0,E,q,思考与讨论E1（加速电压）E1、带电粒子平行于电场线进入电场,l,d,+,U,v,0,q,、,m,F,+,v,v,0,v,y,y,3,、偏转角,4,、侧移,二、带电粒子在电场中的偏转,+,+,+,-,-,-,2,、,物体做类平抛运动,1,、受力分析：粒子受到竖直向下的静电力,F,Eq,=,qU/d,。,ld+Uv0q、mF+vv0vyy3、偏转角4、,例,4,：两个相同极板,Y,与,Y,、,的长度,l=6.0cm,，相距,d=2cm,，极板间的电压,U=200V,。一个电子沿平行于板面的方向射入电场中，射入时速度,V,0,=3.0*10,7,m/s,。把两板间的电场看做匀强电场，求电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离,Y,和偏转角度,&,。,解：电子在垂直于板面的方向受到静电力。由于电场不随时间改变，且是匀强电场，所以整个运动中在垂直于板面的方向上加速度是不变的。,F,例4：两个相同极板Y与Y、的长度l=6.0cm，相距d=2c,电子射出电场时，在垂直于板面方向偏移的距离为,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,l,v,0,d,-,q,v,v,0,v,y,x,类平抛运动,偏转角,侧移,电子射出电场时，在垂直于板面方向偏移的距离为+-,其中,t,为飞行时间。由于电子在平行于板面的方向不受力，所以在这个方向做匀速运动，有,l=V,0,t,可求得,将,a,和,t,代入,y,的表达式中，得到,与粒子比荷,q,/,m,成正比,与粒子初速度,v,0,平方成反比,与电场的属性,U,、,l,、,d,有关,其中t为飞行时间。由于电子在平行于板面的方向不受力，所以在这,由于电子在平行于板面的方向不受力，他离开电场时，这个方向的分速度仍是,V,0,而垂直板面的分速度是：,离开电场时的偏转角,&,可由下式确定：,与粒子比荷,q,/,m,成正比,与粒子初速度,v,0,平方成反比,与电场的属性,U,、,l,、,d,有关,由于电子在平行于板面的方向不受力，他离开电场时，这个方向的分,例,5,：先后让一束电子和一束氢核通过一对平行板形成的偏转电场，进入时速度方向与板面平行。在下列两种情况下，分别求出离开时电子偏转角的正切于氢核偏转角的正切之比。,（,1,）电子于氢核的初速度相同。,（,2,）电子于氢核的初动能相同。,解：先来认识三种常见的粒子,例5：先后让一束电子和一束氢核通过一对平行板形成的偏转电场，,电子在垂直于板面的方向受到静电力。由于电场不随时间改变，且是匀强电场，所以整个运动中在垂直于板面的方向上加速度是不变的。,初速度相同则：,初动能相同则：,电子在垂直于板面的方向受到静电力。由于电场不随时间改变，且是,l,F,+,+,+,-,-,-,v,0,v,v,0,v,y,三、混合电场,lF+,例,6,：让一价氢离子，一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一个加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，他们是否会分离为三股粒子束？请通过计算说明。,解：设加速电场电压为,U,1,，偏转电场电压为,U,2,，宽为,d,，如图所示,U,1,U,2,d,加速电场：,偏转电场：,求得偏转位移：,与带电粒子的质量电量都无关,例6：让一价氢离子，一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一个,U,1,U,2,d,求的偏转角：,同样与带电粒子电量质量都无关。,粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定，所以三种粒子不可能分开为三股。,U1U2d求的偏转角：同样与带电粒子电量质量都无关。粒子的偏,四、示波管原理,示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。,电子枪,偏转电极,-,+,荧光屏,Y,Y,X,X,X,X,Y,Y,产生高速飞行的电子束,锯齿形扫描电压,使电子沿,Y,方向偏移,待显示的电压信号,使电子沿,X,方向偏移,四、示波管原理示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变化的电,思考与讨论,1,、,如果在电极,XX,之间不加电压，而在,YY,之间加,不变电压,，使,Y,的电势比,Y,高，电子将打在荧光屏的什么位置？,-,+,X,X,X,X,Y,Y,Y,Y,电子枪,偏转电极,荧光屏,电子沿,Y,方向,向上,偏移,思考与讨论 1、如果在电极XX之间不加电压，而,思考与讨论,如果在电极,YY,之间不加电压，但在,XX,之间加,不变电压,，使,X,的电势比,X,高，电子将打在荧光屏的什么位置？,-,+,X,X,X,X,Y,Y,Y,Y,电子枪,偏转电极,荧光屏,电子沿,X,方向,向里,偏移,思考与讨论 如果在电极 YY之间不加电压，但在,思考与讨论,2,、,如果在电极,XX,之间不加电压，但在,YY,之间加如图所示的,交变电压,，在荧光屏上会看到什么图形？,X,X,Y,U,Y,t,O,Y,随信号电压同步变化，但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，只能看到,一条竖直的亮线,。,思考与讨论 2、如果在电极XX之间不加电压，但,思考与讨论,3,、,如果在,YY,之间加如图所示的,交变电压,，同时在,XX,之间加,不变电压,，使,X,的电势比,X,高，在荧光屏上会看到什么图形？,看到一个点,X,X,Y,Y,思考与讨论 3、如果在YY之间加如图所示的交变,思考与讨论,4,、,如果在,YY,之间加如图所示的,交变电压,，同时在,XX,之间加,锯齿形扫描电压,，在荧光屏上会看到什么图形？,A,B,C,D,F,A,B,C,t,1,D,E,F,t,2,X,X,Y,Y,t,O,U,Y,U,X,O,t,A,B,C,D,E,E,F,t,2,t,1,t,2,t,1,看到一个余弦函数图像,思考与讨论 4、如果在 YY 之间加如图所示的交,如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象。,示波器图象,t,O,U,Y,U,X,O,t,X,X,Y,Y,如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期,科学足迹,密立根实验,电子电荷量的测定,密立根并没有直接测量电子的电荷量，而是测定很小的带电油滴所带的电荷量。一个带电的油滴在匀强电场中所受的静电力是一定的。如图1.9-8，设法使油滴带负电，它所受静电力的方向向上。如果油滴刚好悬浮在空中，那么它受到的静电力的大小正好与油滴所受的重力相等，由此可以测定油滴所带的电荷量。,在19世纪末发现电子以后，美国物理学家密立根多年间进行了多次实验，比较准确地测定了电子的电荷量。,+,-,qE,mg,现代实验测出的电子电荷量是,e=1.6021773310,-19,C,科学足迹密立根实验电子电荷量的测定 密立根并,科学漫步,范德格拉夫静电加速器,当电刷E与几万伏的直流高压电源的正极接通时，E与大地之间就有几万伏的电势差。由于尖端放电，正电荷被喷射到传送带上，并被传送带带着向上运动。当正电荷到达电刷F附近时，F上被感应出异号电荷。由于尖端放电，F上的负电荷与传送带上的正电荷中和，从而使传送带失去电荷，而F上剩下了正电荷。由于导体带电电荷只能存在于外表面，所以F上的正电荷立即传到金属壳的外表面。这样，由于传送带的运送，正电荷不断从直流电源传到球壳的外表面，从而在金属壳与大地之间形成高电压。,图1.9-9是起电机部分的示意图。金属球壳固定在绝缘支柱顶端，绝缘材料制成的传送带套在两个转轮上，由电动机带动循环运转。E和F是两排金属针(称做电刷)。,科学漫步范德格拉夫静电加速器 当电刷E与几万伏的,例,7,：电子从静止出发被,1000V,的电压加速，然后进入电场强度为,5000N/c,的匀强电场，进入时的速度方向与偏转电场的方向垂直。已知偏转电极长,6cm,，求电子离开偏转电场时的速度及其与进入偏转电场时的速度方向之间的夹角。,U,1,U,2,d,解：,加速电场：,偏转电场：,例7：电子从静止出发被1000V的电压加速，然后进入电场强度,求得偏转位移：,求的偏转角：,U,1,U,2,d,求得偏转位移：求的偏转角：U1U2d,课堂小结,一、带电粒子的加速,1,、电场中的带电粒子一般可分为两类：,带电的基本粒子：如电子，质子，,粒子，正负离子等。一般都不考虑重力。,带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。,2,、受力分析,:,
展开阅读全文