公开课1.9带电粒子在电场中的运动.ppt

1.9带电粒子在电场中的运动,电场,加速,偏转,示波管,2.宏观带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等，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。,带电粒子一般分为两类,1.微观带电粒子：如电子，质子，粒子()，正负离子等，带电粒子所受重力远小于电场力，一般都不考虑重力。(但并不能忽略质量),一、带电粒子在电场中的加速运动,例如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U。在板间靠近正极板附近有一质量为m,带正电荷q的粒子(不计重力)，它在电场力作用下由静止开始从正极板向负极板运动，到达负极板的速度为多大？,由动能定理可知：,F,例题1炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和平行金属板间加以电压U=2500V，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？设电子刚离开金属丝时的速度为0.,练习下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后速度最大的是(),A质子B氘核C粒子D钠离子Na+,A,水平放置一对金属板Y、Y，板间距d，电压U，q、m的带电粒子从极板中央以水平速度v0射入电场。分析带电粒子在电场中的运动。(不计粒子的重力),二、带电粒子在匀强电场中的偏转,F,二、带电粒子在匀强电场中的偏转,v0,例题2水平放置一对金属板Y、Y，板间距l=6.0cm，相距d=2cm,电压U=200V，一个电子沿平行于板面平行的方向射入电场中，射入速度v0=3.0107m/s射入电场。求电子射出电场的偏移量y和偏转角?,变化1：改变哪些条件可使粒子刚好从上板边缘飞出？,变化2：让初速度相同的质子、氘核、氦核三种粒子混合流通过电场，能否分开？,变化3：让静止的质子、氘核、氦核三种粒子混合流通过电场U0加速后进入同一电场U，能否分开？,变化4：A、B和C、D是平行金属板，A、B间电压U1，C、D间电压U2，间距为d,带正电粒子(重力不计)m,q，由静止经AB加速后穿过CD发生偏转,最后打在荧光屏上,CD极板长S，荧光屏距CD右端的距离L,问:粒子打在荧光屏上距O点多远处?,三、示波器原理,三、示波器,例5如图所示，k级发射出电子，经过KS之间的加速电场加速后，进入AB的偏转电场，AB两板间的电压为U2，射出电场后将射到电子屏幕上。试分析电子的整个运动过程。,示波器是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。它的核心部件是示波管：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。,(1)电子枪部分：电源发射电子，U1加速电子。(2)偏转电极部分：YY使电子产生竖直方向的偏转，XX使电子产生水平方向的偏转。(3)荧光屏部分：荧光物质受激发会发出可见光。,(1)偏转电极YY上加稳定的电压，荧光屏上出现什么现象？,YY出现亮斑,(2)只在YY电极上加如图所示的正弦规律变化的电压Uy，荧光屏上出现什么现象？,YY亮斑移动很快，由于视觉暂留和荧光物质的残光特性上亮斑看起来就成为一条竖直的亮线。,(3)在YY电极上不加电压，在XX电极上加如图所示Ux从U均匀变化到U的电压，荧光屏上出现什么现象？,加上特定的周期性变化的电压，亮斑从一侧匀速运动到另一侧，然后迅速返回原处，再匀速移向另一侧，如此反复继续。这个过程叫扫描，所加电压叫扫描电压。如果电压变化很快，亮斑看起来就成为一条水平亮线。,(4)在YY电极上加上左图所示的正弦规律变化的电压，在XX电极上加如右图所示从U到U均匀变化的电压，两电压同时开始，周期相同，在荧光屏上出现什么现象？,练习：如图所示，由静止开始被电场(加速电压为U1)加速的带电粒子平行于两正对的平行金属板且从两板正中间射入。若金属板长为L，板间距离为d、两板间电压为U2，试讨论带电粒子能飞出两板间的条件和飞出两板间时的速度方向。若粒子不能飞出两板，试计算粒子在U2电场中运动的水平距离。,分析：设带电粒子的质量为m，电量为q，经电压U1加速后速度为v1。由动能定理有:,带电粒子以初速度v1平行于两正对的平行金属板从两板正中间射入后，若能飞出偏转电场，在电场中运动时间为t，则：,带电粒子在偏转电场中运动时的加速度：,由动能定理可知：,带电粒子离开偏转电场的侧移