带电粒子在匀强电场中的运动

1、带电粒子在匀强电场中的运动本节课的学习目标：1、理解带电粒子在电场中的加速、偏转情况。2、运用所学知识，分析示波管的原理。幻灯片 3预备知识：1.牛顿第二定律：物体的加速度跟物体所受的合外力F成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。 表达式：F= ma2.动能定理：物体所受合外力(包括重力）对物体所做总功等于物体的动能的变化。 表达式： W=mv2/2-mv20/23.带电粒子在电场中受电场力大小：F= qE 4.电场力做功：W=qU=qEd （匀强电场）5.电场强度和电压的关系：E = U/d （匀强电场）2预备知识：牛顿第二定律：F= ma动能定理：W=mv2/2-mv

2、20/2带电粒子在电场中受电场力大小：F= qE 电场力做功：W=qU=qEd电场强度和电压的关系：E = U/d （匀强电场）幻灯片 53物体的运动情况跟它的受力情况有关对带电粒子进行受力分析-根据粒子的受力情况，判断粒子的运动情况带电粒子在匀强电场中的运动4处理带电粒子在电场中运动的一般思路分析带电粒子的受力情况，尤其要注意是否应该考虑重力，电场力是否恒定等。按具体问题具体分析的原则：只有当带电粒子的重力远小于电场力时，重力才可以忽略不计，若带电粒子的重力跟电场力差不多时，就必须考虑重力了。 一般：微观粒子比如 电子、质子、离子等除了有说明或者明确暗示之外，一般都不考虑重力（但并不可以忽略

3、质量）。带电微粒比如 油滴、液滴、尘埃、小球等，除了有说明或者有明确暗示之外，一般都不可以忽略重力。5分析带电粒子的初始状态及条件，确定带电粒子作直线运动还是曲线运动。建立正确的物理模型，确定解题途径是用动力学，或动能定理，或是两者结合使用。利用物理规律或其他手段（如几何图形）找出各物理量间的关系，建立方程组。幻灯片 86电荷在电场中会受到电场力的作用，因此在科学技术上常用电场来改变和控制带电粒子的运动。应用大致可分为两个方面：（1）利用电场使带电粒子加速。（2）利用电场使带电粒子偏转。7dU1EF带电粒子的加速初速度为 0立体图例题幻灯片 25由动能定理得：幻灯片 108二、带电粒子在匀强电

4、场中的偏转 条件：带电粒子以垂直场强的方向进入匀强电场。受力分析：带电粒子所受电场力大小方向不变，F电与V0垂直运动性质：类似于平抛运动.9带电粒子的偏转v0+-y竖直方向：初速为零的匀加速直线运动U2水平方向：匀速直线运动水平方向：l竖直方向：d(-q,m)F10v0vv-v0+U2带电粒子穿出电场后的运动方向：V0、v速度V的两个分速度。根据两分运动规律有：水平方向匀速运动，即v0大小方向都不变。竖直方向做初速为0的匀加速运动，所以有：U2通常叫做偏转电压偏转角11带电粒子的偏转-（F和V0垂直）做曲线运动处理方法：和处理平抛运动相似！水平方向：匀速直线运动竖直方向：初速为零的匀加速直线运

5、动水平方向:竖直方向：Vx = V012xYV+V0+q、mFyv0vy-电压为 U2带电粒子通过电场发生的偏转距离为：粒子离开电场时偏转角的正切值为幻灯片 251314三、示波管的原理下图我们常见的一种示波器，可用来观察电信号随时间的变化情况15示波器的核心部件是示波管荧光屏偏转电极电子枪真空玻璃管16荧光屏偏转电极电子枪真空玻璃管ABU0d17ABU0d18 示波管主要组成:电子枪、偏转电极和荧光屏，管内真空。 示波器的作用：把被测电压信号转变为发光的图形。示波器的核心部件是示波管。19电子枪：灯丝表面涂有氧化层，高温情况下可大量地跑出电子，经过加速电极的电压U1的加速，而使电子具有一定的

6、速度。U1一般为250VV107m/s偏转电极：竖直方向：被加速后电子经过竖直偏转电极使电子在竖直方向发生偏离y。20对于确定的示波管e、l、m、d、v0、L都是一定的。所以荧光屏上亮斑的偏移的大小，跟加在偏转电极上的电压U2的大小成正比。所以我们可以用示波器来测量电压。水平方向：加扫描电压。out扫描周期为被测电压周期相同扫描周期为被测电压周期的1/221小结：利用电场可以使带电粒子加速或偏转示波管是利用电场能使带电粒子偏转的原理制成的荧光屏偏转电极电子枪真空玻璃管22xYV+V0+q、mFyv0vy-电压为 U2带电粒子通过电场发生的偏转距离为：粒子离开电场时偏转角的正切值为本节重点幻灯片

7、 2423例一：AB为真空中相距为5厘米的一对平行金属板，两板间的电压为500伏，一个电子以107米/秒的速度进入A板小孔与板面垂直地射入电场中，那么电子从B板的小孔射出时的速度多大？ ABEF24例二、两平行金属板间有匀强电场，不同的带电粒子都以垂直与电场线方向飞入该场，要使这些粒子经过电场后有相同大小的偏转角，则它们应具备的条件是(不计重力)A、有相同的动能和相同的比荷 B、有相同的动量和相同的比荷C、有相同的速度和相同的比荷 D、只要有相同的比荷就可以V0+, u2,选C粒子离开电场时偏转角的正切值为V0Vy带电体的电荷量和质量的比值，叫做比荷，又称荷质比 。即q/m解题思路：题目的要求

8、与偏转角有关，则需要先求出该角度的某个函数表达式，从表达式中可以看出其与哪些物理量有关系。VF25例题三如图所示，有三个质量相等分别带正电、负电和不带电的小球，从平行板电场中的P点以相同的初速度垂直于电场方向进入电场，它们分别落到A、B、C三点，则可以断定： A落到A点的小球带正电，落到C点的小球带负电B三小球在电场中运动时间相等C三小球到达正极板的动能关系是D三小球在电场中运动的加速度是26E正电负电不带电水平方向：匀速直线运动竖直方向：初速为零的匀加速直线运动所以 t 负 t不 t正 ,即L负L不 F不 F正a负 a不 a正27例四：有一个电子初速度为0，电荷量为e，经电压U0加速后，进入两块间距为d,电压为U的平行板，若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且恰好能穿出电场，求（1）金属板AB的长度，（2）电子穿出电场时的动能。ABU0d解：(1) 经过加速电场，由动能定理得：eU0=12mv02进入偏转电场后，电子做类平抛运动，带电粒子通过电场发生的偏转距离为：联立上面两式得：(2)设电子穿出偏转电场时的速度为V，由动能定理得：这里的V0是加速场的末速度，是偏转场的初速度V0V28例题五、如图所示，电子在电压为U1的加速电场中由静止开始运动，然后进入电压为U2的两块平行极板间的电场中，入射方向和极板平行整个装置放在真空中，在满足电子能射出平行板区的条件下，一定能使电子的