《带电粒子在电场中的运动》上课课件.ppt

带电粒子在电场中的运动 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 电场中的带电粒子一般可分为两类 1 带电的基本粒子 如电子 质子 粒子 正负离子等 这些粒子所受重力和电场力相比在小得多 除非有说明或明确的暗示以外 一般都不考虑重力 但并不能忽略质量 2 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 带电粒子在匀强电场中运动状态 匀变速直线运动 加速 减速 匀变速曲线运动 偏转 1 平衡 F合 0 2 匀变速运动 F合 0 静止 匀速直线运动 可能是 动力学方法 一 带电粒子在电场中的加速 U d E F v 由牛顿第二定律 由运动学公式 初速度不为零呢 只适用于匀强电场 2 动能定理 U d E v 由动能定理 也适用于非匀强电场 一 带电粒子在电场中的加速 4 如图所示的电场中有A B两点 A B的电势差UAB 100V 一个质量为m 2 0 10 12kg 电量为q 5 0 10 8C的带电粒子 以初速度v0 3 0 103m s由A点运动到B点 求粒子到达B点时的速率 不计粒子重力 例与练 q为负 1 如图所示 A B为平行金属板电容器 两板间的距离为d 在A板的缺口的正上方距离为h的P处 有一静止的 质量为m 带电量为 q的液滴由静止开始自由落下 若要使液滴不落在B板上 两板间场强至少为多大 两板间的电压U至少为多大 例与练 mg mg qE 对全过程由动能定理 二 带电粒子的偏转 如图所示 在真空中有一对平行金属板A B 板间距离为d 板长为L 两板间加以电压U 现有一质量为m 电量为 q的 粒子以初速度vo垂直场强方向射入电场 求 1 粒子在电场中的运动时间 2 粒子射出电场时速度的偏向角tg 3 粒子射出电场时的侧向位移y 二 带电粒子在匀强电场中的偏转 d U v0 q m 二 带电粒子在匀强电场中的偏转 d U v0 q m F v v0 vy y 偏转角 侧移 二 带电粒子在匀强电场中的偏转 类平抛运动 与粒子比荷q m成正比 与粒子初速度v0平方成反比 与电场的属性U l d有关 二 带电粒子在匀强电场中的偏转 与粒子比荷q m成正比 与粒子初速度v0平方成反比 与电场的属性U l d有关 类平抛运动 2 试证明 带电粒子垂直进入偏转电场 离开电场时就好象是从初速度所在直线的中点沿直线离开电场的 例与练 x v0 vy y 三 先加速再偏转 12 如图所示 有一电子 电量为e 质量为m 经电压U0加速后 沿平行金属板A B中心线进入两板 A B板间距为d 长度为L A B板间电压为U 屏CD足够大 距离A B板右边缘2L AB板的中心线过屏CD的中心且与屏CD垂直 试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离 例与练 四 先加速再偏转 再匀速 析与解 电子离开电场 就好象从中点沿直线离开的 对加速过程由动能定理 13 质量为1 10 25kg 电量为1 10 16C的带电粒子以2 106m s速度从水平放置的平行金属板A B中央沿水平方向飞入板间 如图所示 已知板长L 10cm 间距d 2cm 当AB间电压在范围内时 此带电粒子能从板间飞出 例与练 v0 v0 析与解 对偏转过程由偏转角正切公式 或对偏转过程由侧移公式 14 初速度为2 107m s的电子沿平行金属板间的中心线射入板中 板长为30cm 相距为4cm 在两板间加上如图所示的正弦交变电压 已知电子的质量为9 10 31Kg 电量为1 6 10 19C 不计电子重力 求 要使所有的电子都能离开电场 图中电压的最大值U0需满足什么条件 例与练 可认为在t时间内电场不变 设电子在两板间的运动时间为t 设电子在偏转电压为U0时进入板间 析与解 带电粒子在交变电场中的运动 在两个相互平行的金属板间加交变电压时 在两板间便可获得交变电场 此类电场从空间看是匀强电场 即同一时刻 电场中各个位置处电场强度的大小 方向都相同 从时间上看是变化的 即电场强度的大小 方向都可随时间变化 研究带电粒子在这种交变电场中的运动 关键是根据电场变化的特点 正确地判断粒子的运动情况 当带电粒子通过电场的时间远远小于电场变化的周期时 可认为电场强度的大小 方向都不变 小结 三 示波管的原理 产生高速飞行的电子束 待显示的电压信号 锯齿形扫描电压 使电子沿Y方向偏移 使电子沿x方向偏移 三 示波管的原理 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 电子沿Y方向向上偏移 三 示波管的原理 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 电子沿Y方向向下偏移 三 示波管的原理 1 如果在电极XX 之间不加电压 但在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 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 电子沿X方向向里偏移 三 示波管的原理 1 如果在电极XX 之间不加电压 但在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 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 电子沿X方向向外偏移 三 示波管的原理 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 0 t t1电子沿Y方向向上偏移 三 示波管的原理 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 t1 t t2电子沿Y方向向下偏移 三 示波管的原理 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 0 t t1电子沿Y方向向上偏 沿X方向向里偏 三 示波管的原理 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 t1 t t2电子沿Y方向向下偏 沿X方向向里偏 三 示波管的原理 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 电子沿Y方向向上向下偏 沿X方向向外偏 三 示波管的原理 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 X Y O A B C D E F A B C D E F A B O C t1 D E F t2 15 如图所示的示波管 如果在YY 之间加如图所示的交变电压 同时在XX 之间加如图所示的锯齿形电压 使X的电势比X 高 在荧光屏上会看到什么图形 例与练 15 如图所示的示波管 如果在YY 之间加如图所示的交变电压 同时在XX 之间加如图所示的锯齿形电压 使X的电势比X 高 在荧光屏上会看到什么图形 例与练 X Y O 0 t t1 t1 t t2 16 真空室中电极K发出电子 初速不计 经过电压为U1的加速电场后 由小孔S沿水平金属板A B间的中心线射入板中 板长L 相距为d 在两板间加上如图乙所示的正弦