带电粒子在电场中运动ppt课件

1.9带电粒子在电场中的运动,1,微观带电粒子间的万有引力和重力远小于静电力，因此在研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力和重力忽略不计带电粒子重力是否忽略问题1.带电粒子：如电子、质子、离子、离子等微观带电粒子所受重力一般远小于电场力，除非有说明或明确的暗示以外，重力可以忽略不计。2.带电微粒：如带电小球、液滴、油滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。3.某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定注意：忽略粒子的重力并不是忽略粒子的质量.,2,带电粒子在电场中受到静电力作用，因此要产生角速度，速度的大小和方向都可能发生变化，在现代科学实验和技术设备中，常常利用电场来改变或控制带电粒子的运动。利用电场使带电粒子加速，利用电场使带电粒子偏转，就是两种最简单的情况一、带电粒子的平衡二、带电粒子的加速三、带电粒子的偏转四、示波管的原理,3,例1:在真空中一匀强电场，电场中有一质量的0.01g，带电荷量为-110-8C的尘埃沿水平方向向右做匀速直线运运，取g=10m/s2，则（BC）A场强方向水平向左B场强的方向竖直向下C场强的大小是1104N/CD场强的大小是1107N/C例2：如图所示，绝缘细线一端固定于O点，另一端连接一带电荷量为q，质量为m的带正电小球，要使带电小球静止时细线与竖直方向成角，可在空间加一匀强电场。则当所加的匀强电场沿着什么方向时可使场强最小？这时细线中的张力多大？,一、带电粒子的平衡：若带电粒子在电场中所受合力为零时，将保持静止状态或匀速直线运动状态。,4,如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间的电势差为U。一个质量为m、带正电荷q的粒子，在静电力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，计算到达负板时的速度有多大？(不考虑粒子的重力）,二、带电粒子的加速：,用运动学知识求解,由动能定理求解,5,+qmV0,V=?,二、带电粒子的加速,6,在匀强电场中加速后粒子的速度怎样计算呢？,由动能定理可得：,由牛顿定律得：,如果不是匀强电场，那个方法仍然适用？为什么？,7,例2：实验表明，炽热的金属丝可以发射电子。在炽热金属丝和金属板间加以电压U=2500V，从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出。电子射出后的速度有多大？设电子刚从金属丝射出时的速度为零。,解：由动能定理可得,8,1.如图，在P板附近有一电子由静止开始向Q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：(AC)A.两板间距越大，加速的时间越长B.两板间距离越小，加速度就越大，则电子到达Q板时的速度就越大C.电子到达Q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2.下列粒子由静止经加速电压为U的电场加速后，哪种粒子动能最大（）哪种粒子速度最大（）A、质子B、电子C、氘核D、氦核,9,10,4.如图，A、B为水平放置的平行金属板，两板相距为d，分别与电源两极相连。两板的中央各有小孔M和N，今有一带电质点，自A板上方相距为d的P点由静止开始自由下落（P、M、N在同一竖直线上），空气阻力不计，到达N孔时速度恰好为零，然后沿原路径返回。若保持两极板间电压不变，则A、若把A板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落后仍能返回B、若把A板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落C、若把B板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落后仍能返回D、若把B板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落,11,三、带电粒子的偏转：如图所示，在真空中水平放置一对长度为l，相距为d的金属板Y和Y。在两板间加以电压U，一质量为m电荷量为q的带电粒子从极板中央以水平速度v0射入电场。它受到的静电力的方向与速度的方向不一致，因而发生偏转。接下来我们一起研究一下带电粒子在匀强电场中偏转时的偏转位移和偏转角度,F,q、m,v,v0,vy,y,偏转角,侧移,12,13,14,粒子离开电场时速度方向反向延长交于垂直电场方向位移的中点,15,v0,vy,y,+,_,加速和偏转一体,不同的带电粒子经过同一加速电场和同一偏转电场，偏转位移和偏转位移相同，不分股,16,思考题：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加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，在通过加速电场时获得的动能是否相同？通过偏转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。,答：通过加速电场时获得的动能Ek=qU,加速电压相同，二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子获得动能最大。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。,17,例3.如图所示，电荷量为e、质量为m的电子从静止开始经电压U1的电场加速，从两极间中点进入平行板电容器中，电子刚进入两极板时的速度跟电场线方向垂直。两极板间的电势差为U2，两极板长为L1，间距为d。电子离开偏转电场后做匀速直线运动（不考虑电容器外的电场），打在距极板为L2的荧光屏上的P点。求：（1）电子进入偏转电场时的初速度v0（2）电子飞出偏转电场时沿电场线的偏移量y（3）P点偏离荧光屏中央O的距离Y,18,解：电子在加速电场中加速，由动能定理得电子在偏转电场中做类平抛运动有粒子离开偏转电场时的侧移距离粒子离开偏转电场时的偏转角正切由几何关系的,19,20,21,四、示波器1、作用：观察电信号随时间变化的情况2、核心部件：示波管（内部是真空的）电子枪：产生高速飞行的电子束XX偏转电极：使电子沿x方向偏移YY偏转电极：使电子沿y方向偏移荧光屏：电子打到荧光屏上产生亮斑3、原理（1）偏转电极不加电压：从电子枪射出的电子将沿直线运动，射到荧光屏的中心点形成一个亮斑。（2）仅在XX（或YY）加电压若所加电压稳定，则电子流被加速、偏转后射到XX（或YY）所在直线上某一点，形成一个亮斑（不在中心）。,22,电子枪,荧光屏,23,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？,X,Y,O,A,B,O,C,t1,D,E,F,t2,24,25,26,1.如图所示，在真空中带电粒子P1和P2先后以相同的初速度从O点射入匀强电场，它们的初速度垂直于电场强度方向，偏转之后分别打在B、C点，且AB=BC，P1的带电荷量为P2的3倍.则P1和P2的质量之比m1m2为（）A32B23C43D342.a、b、c三个粒子由同一点垂直场强方向进入偏转电场，其轨迹如图所示，其中b恰好飞出电场，由此可以肯定()在b飞离电场的同时，a刚好打在负极板上b和c同时飞离电场进入电场时，c的速度最大，a的速度最小动能的增量相比，c的最小，a和b的一样大A.B.C.D.,27,3.分别将带正电、负电和不带电的三个等质量小球，分别以相同的水平速度由P点射入水平放置的平行金属板间，已知上板带负电，下板接地三小球分别落在图中A、B、C三点，则错误的是（）AA带正电、B不带电、C带负电B三小球在电场中加速度大小关系是：aAaBaCC三小球在电场中运动时间相等D三小球到达下板时的动能关系是EkCEkBEkA,28,29,5.如图所示，氕核、氘核、氚核三种氢的同位素的原子核从同一位置无初速度地飘入电场线水平向右的加速电场E1，之后进入电场线竖直向下的匀强电场E2发生偏转，最后打在屏上，整个装置处于真空中，不计粒子重力及其相互作用，那么（AD）A偏转电场E2对三种粒子做功一样多B三种粒子打到屏上时速度一样大C三种粒子运动到屏上所用时间相同D三种粒子一定打到屏上的同一位置,30,6如图甲为一对长度为L的平行金属板，在两板之间加上图乙所示的电压。现沿两板的中轴线从左端向右端连续不断射入初速度为v0的相同带电粒子（重力不计），且所有粒子均能从平行金属板的右端飞出，若粒子在两板之间的运动时间均为T，则粒子最大偏转位移与最小偏转位移的大小之比是()A1：1B2：1C3：1D4：1,31,7.如图所示，处于真空中的匀强电场水平向右，有一质量为m、带电荷量为-q的小球从P点以大小为v0的初速度水平向右拋出，经过t时间到达Q点（图中未画出）时的速度仍为v0，则小球由P点运动到Q点的过程中，下列判断正确的是（）A.Q点在P点正下方B.小球电势能减少C.小球重力势能减少量等于D.Q点应位于P点所在竖直线的左侧,32,8.如图所示竖直放置的两个平行金属板间存在匀强电场，与两板上边缘等高处有两个质量相同的带电小球，P小球从紧靠左极板处由静止开始释放，Q小球从两板正中央由静止开始释放，两小球最终都能运动到右极板上的同一位置，则从开始释放到运动到右极板的过程中它们的（）A运行时间说明:tPtQB电势能减少量之比说明:qP:qQ=2:1C电荷量之比说明:EkP:EkQ=4:1D动能增加量之比说明:EP:EQ=4:1,33,9.如图所示，平行金属板长为L，一个带电为+q，质量为m的粒子以初速度v0紧贴上板垂直射入电场，刚好从下板边缘射出，末速度恰与下板成30角，粒子重力不计求：（1）粒子未速度大小；（2）电场强度；（3）两极间距离d,34,35,36,37,38,39,40,1.如图所示，是一个匀强电场的电场强度随时间变化的图象，在这个匀强电场中有一个带电粒子，在t=0时刻由静止释放，若带电粒子只受电场力作用，则电场力的作用和带电粒子的运动情况是（CD）A带电粒子将在电场中做有往复但总体上看不断向前的运动。B1秒末释放的粒子，将在电场中一直往复运动。C1.5秒末释放的粒子，将在电场中一直往复运动。D3s末带电粒子回到原出发点。,41,A带电粒子将在电场中做有往复但总体上看不断向前的运动。B如果1秒末释放粒子，粒子将在电场中一直往复运动。C如果1.5秒末释放粒子，粒子将在电场中一直往复运动。D3s末带电粒子回到原出发点。,42,2.如图（a）所示，两平行正对的金属板A、B间加有如图（b）所示的交变电压，一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间P处。若在t0时刻释放该粒子，粒子会时而向A板运动，时而向B板运动，并最终打在A板上。则t0可能属于的时间段是(B),43,利用v-t图像处理此类问题,B,44,45,46,47,48,带电体在复合场中的运动1各种性质的场(物质)与实际物体的根本区别之一是场具有叠加性，即几个场可以同时占据同一空间，从而形成叠加场2将叠加场等效为一个简单场，其具体步骤是：先求出重力与电场力的合力，将这个合力视为一个“等效重力”，将aF合/m视为“等效重力加速度”再将物体在重力场中做圆周运动的规律迁移到等效重力场中分析求解即可.,49,1.如图所示，CD左侧存在场强大小为Emg/q，方向水平向左的匀强电场，一个质量为m、电荷量为q的光滑绝缘小球，从底边BC长L，倾角53的直角三角形斜面顶端A点由静止开始下滑，运动到斜面底端C点后进入一细圆管内(C处为一小段长度可忽略的圆弧，圆管内径略大于小球直径)，恰能到达D点，随后从D离开后落回到斜面P点，重力加速度为g(sin530.8，cos530.6)。(1)求DA两点间的电势差UDA；(2)求圆管半径r；(3)求小球从D点运动到P点的时间t。,50,51,52,53,5.如图所示，光滑绝缘的3/4圆形轨道BCDG位于竖直平面内，轨道半径为R，下端与水平绝缘轨道在B点平滑连接，整个轨道处在水平向左的匀强电场中现有一质量为m、带正电的小滑块(可视为质点)置于水平轨道上，滑块受到的电场力大小为3/4mg，滑块与水平轨道间的动摩擦因数为0.5，重力加速度为g求：(1)若滑块从水平轨道上距离B点为s3R的A点由静止释放，求滑块到达与圆心O等高的C点时的速度大小；(2)在(1)的情况下,求滑块到达C点时对轨道的作用力大小；(3)改变s的大小，使滑块恰好始终沿轨道滑行，且从G点飞出轨道,求滑块在圆轨道上滑行过程中的最小速度大小.,54,55,7.一半径为R的光滑圆环竖直放在水平向右场强为E的匀强电场中，如图所示，环上a、c是竖直直径的两端，b、d是水平直径的两端，质量为m的带电小球套在圆环上，并可沿环无摩擦滑动。现使小球由a点静止释放，沿abc运动到d点时速度恰好为零，由此可知，小球在b点时（）A加速度为零B机械能最大C电势能最大D动能最大,56,1.如图所示，在直角坐标系xOy第二象限内有竖直向下的匀强电场E2，第