《带电粒子在电场中的运动》(1)课件.ppt

带电粒子在电场中的运动,第一章：静电场,、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,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,1、如图所示，二价氦离子和质子的混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同一荧光屏上，则它们（）A、侧移相同B、偏转角相同C、到达屏上同一点D、到达屏上不同点,例与练,与粒子的电量q、质量m无关,2、如图所示，M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为m、电量为+q的带电粒子，以极小的初速度由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子到达N板的速度为v，如果要使这个带电粒子到达N板的速度为2v，则下述方法能满足要求的是（）A、使M、N间电压增加为2UB、使M、N间电压增加为4UC、使M、N间电压不变，距离减半D、使M、N间电压不变，距离加倍,例与练,M,N,U,d,v与电压平方根成正比,3、如图M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为m电量为-q的带电粒子，以初速度V0由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子刚好能到达N板，如果要使这个带电粒子能够到达M、N两板间距的1/2处返回，则下述方法能满足要求的是（）A、使初速度减半B、使M、N间电压加倍C、使M、N间电压提高4倍D、使初速度和M、N间电压都加倍,例与练,M,N,U,d,-,v0,4、质量为m、带电量为q的粒子以初速度v从中线垂直进入偏转电场，刚好离开电场，它在离开电场后偏转角正切为0.5，则下列说法中正确的是（）A、如果偏转电场的电压为原来的一半，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25B、如果带电粒子的比荷为原来的一半，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25C、如果带电粒子的初速度为原来的2倍，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25D、如果带电粒子的初动能为原来的2倍，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25,例与练,偏转角正切与比荷成正比,偏转角正切与初动能成反比,偏转角正切与电压成正比,5、初速度为2107m/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910-31Kg，电量为1.610-19C，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？,0tt1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？,t1tt2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？,0tt1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？,t1tt2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,t2,6、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,7、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,0tt1,t1U，且三点电势均减小；C、E=E且不变，E减为零；D、UUU，且U减小，U不变，U增大。,如图所示，在平行板电容器正中有一个带电微粒。K闭合时，该微粒恰好能保持静止。在保持K闭合；充电后将K断开；两种情况下，各用什么方法能使该带电微粒向上运动打到上极板？A.上移上极板MB.上移下极板NC.左移上极板MD.把下极板N接地,答案：选B，选C。,例3,传感器是把非电学里（如速度、温度、压力等）的变化转换成电学里变化的一种测定液面高度的电容式传感器的示意图，金属芯线与导电液体形成一个电容器，从电容C大小的变化就能反映液面的升降情况，两者的关系是（）AC增大表示h增大BC增大表示h减小CC减小表示h减小DC减小表示h增大,例4,AC,在点电荷Q的电场中有A、B两点，将质子和粒子分别从A点由静止释放，已知质子和粒子的电性相同，带电量之比为1:2，质量之比为1:4，则到达B点时，它们的速度大小之比为多少？,解：质子和粒子从A到B运动过程中，分别应用动能定理得,联立两式可解出它们到达B点时的速度大小之比为,例5：,例6,电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动,然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中,入射方向跟极板平行.整个装置处在真空中,重力可忽略.在满足电子能射出平行板区的条件下,下述四种情况中,一定能使电子的偏转角变大的是()AU1变大、U2变大BU1变小、U2变大CU1变大、U2变小DU1变小、U2变小,B,如图是一个说明示波管工作的部分原理图，电子经过加速后以速度v0垂直进入偏转电场，离开偏转电场时偏移量为h，两平行板间距为d，电压为U，板长为L，每单位电压引起的偏移量（h/U）叫做示波管的灵敏度，为了提高灵敏度，可采用的办法是（）A.增加两极板间的电势差UB.尽可能缩短板长LC.尽可能减小板间距dD.使电子的入射速度v0大些,C,先找到物理量表达式,先看常量后看变量,先定性判断后定量计算,例7：,例8,水平放置的两块平行金属