人教版选修3-1物理19带电粒子在电场中的运动课件（共24张PPT）.ppt

第一章第一章 静电场静电场1带电粒子有哪些带电粒子有哪些?(1)微观粒子微观粒子如电子、质子、如电子、质子、粒子、离子等粒子、离子等,除有说明或除有说明或有明确的暗示以外有明确的暗示以外,此类粒子一般不考虑重力此类粒子一般不考虑重力即即G=0;m0(2)宏观微粒宏观微粒如液滴、油滴、尘埃、小球等如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确除有说明或有明确的暗示以外的暗示以外,一般要考虑重力一般要考虑重力,即即G0;m0 2带电粒子在匀强电场中可能会做哪些运动带电粒子在匀强电场中可能会做哪些运动?匀变速直线运动匀变速直线运动加速、减加速、减速速匀变速曲线运动匀变速曲线运动偏转偏转1.平衡平衡（F合合=0）2.匀变速运动匀变速运动（F合合0）静止静止匀速直线运动匀速直线运动 在现代科学实验和技术设备中在现代科学实验和技术设备中, , 常常利用电常常利用电场来改变或控制带电粒子的运动场来改变或控制带电粒子的运动. .利用电场使带电利用电场使带电粒子粒子加速加速、利用电场使粒子、利用电场使粒子偏转偏转, ,就是两种最简单就是两种最简单的情况的情况. .3+ +_UUE加速匀速匀速一一. .带电粒子在电场中加速带电粒子在电场中加速 1.1.受力情况受力情况2.2.运动形式运动形式3.3.能量转化能量转化只受电场力，且电场力方向与初速只受电场力，且电场力方向与初速度方向相同度方向相同匀加速直线运动匀加速直线运动电势能转化为动能电势能转化为动能41.1.如图如图: :在真空中有一对平行金属板在真空中有一对平行金属板, ,由于接到由于接到电池组上而带电电池组上而带电, ,两板间的电势差为两板间的电势差为U U. .若一个质若一个质量为量为m m、由带正电荷、由带正电荷q q的粒子的粒子, ,在静电力的作用下在静电力的作用下由静止开始从正极板运动由静止开始从正极板运动, ,计算它到达负极板时计算它到达负极板时的速度的速度. .+qmqUv2若匀强电场强若匀强电场强度为度为E,E,板间距板间距为为d d呢呢? ?212WmvWqU5若粒子在若粒子在非匀强电场非匀强电场中加速中加速,上述结论还成立吗上述结论还成立吗?如图所示，两极间的电压是如图所示，两极间的电压是U，板间是一非匀强电场，板间是一非匀强电场.设有一负电荷设有一负电荷q、质量为、质量为m 的带电粒子从负极处由静的带电粒子从负极处由静止开始向正极板运动，求：粒子到达正极板时的速度止开始向正极板运动，求：粒子到达正极板时的速度解：根据动能定理：解：根据动能定理：212WmvWqU联立得：联立得：2qUvm-+q依然成立依然成立!62.炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以电压之间加以电压U=2500V，发射出的电子在真空中，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出。电子穿出时的速加速后，从金属板的小孔穿出。电子穿出时的速度有多大？设电子刚离开金属丝时的速度为零。度有多大？设电子刚离开金属丝时的速度为零。电子质量电子质量m=0.9m=0.91010-30-30kg;kg;电子的电荷量电子的电荷量e=1.6e=1.61010-19-19c c解：解：由动能定理由动能定理221mveU meUv2代入数据得：代入数据得：m/s7100 . 3v73. 如图所示如图所示P和和Q为两平行金属板，板间电压为为两平行金属板，板间电压为U，在，在P板板附近有一电子由静止开始向附近有一电子由静止开始向Q 板运动，关于电子到达板运动，关于电子到达Q板板时的速率，下列说法正确的是：（时的速率，下列说法正确的是：（ ） A.两板间距离越大两板间距离越大,加速时间越长，获得的速率就越大加速时间越长，获得的速率就越大 B.两板间距离越小，加速度越大，获得的速率就越大两板间距离越小，加速度越大，获得的速率就越大 C.与两板间距离无关，仅与加速电压与两板间距离无关，仅与加速电压U有关有关 D.以上说法都不正确以上说法都不正确81.1.受力情况受力情况2.2.运动形式运动形式3.3.能量转化能量转化只受电场力，且电场力方向只受电场力，且电场力方向与初速度方向垂直与初速度方向垂直类平抛运动类平抛运动电势能转化为动能电势能转化为动能二二. .带电粒子在电场中偏转带电粒子在电场中偏转 金属板+_I正电荷正电荷9二二. .带电粒子在电场中偏转带电粒子在电场中偏转 -+d0vlFamFa mqEmdqU基本关系基本关系vxvyv0vvxtvl0初速度方向初速度方向atvyy221aty 电场线方向电场线方向导出关系导出关系侧位移侧位移221aty 20)(21vlmdqUdmvqUl2022速度偏角速度偏角xyvvtan0vat001vlmdqUvdmvqUl20几个推论几个推论lytandmvqUl202tan2tanMM是粒子沿极板方向的中点是粒子沿极板方向的中点10YYXX-+-若金属平行板水平若金属平行板水平放置放置, ,电子将在竖直电子将在竖直方向发生偏转方向发生偏转若金属平行板竖直若金属平行板竖直放置放置, ,电子将在水平电子将在水平方向发生偏转方向发生偏转偏转电极的不同放置偏转电极的不同放置,电荷运动如何电荷运动如何?+11三三. .示波管的原理示波管的原理 示波器示波器:是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。核心部件：核心部件：(由由电子枪电子枪、偏转电极偏转电极和和荧光屏荧光屏组成，管内抽成真空。组成，管内抽成真空。)示波管示波管电子枪部分：电子枪部分：偏转电极部分：偏转电极部分：荧光屏部分：荧光屏部分：发射出电子发射出电子使电子沿两方向偏转使电子沿两方向偏转电子使电子使荧光物质荧光物质受激而发光受激而发光- - -+ +- -+ + +- -xxyy电子枪电子枪偏转电极偏转电极荧荧光光屏屏12电子枪偏转电极-+荧光屏YYXXYYXX1.1.如果只在如果只在YYYY之间加之间加不变的电压不变的电压, ,使使Y Y的电势比的电势比YY高高( (有有时说这种情况是时说这种情况是”Y Y正、正、YY负负”),),电子束运动过程中受哪电子束运动过程中受哪个方向的力个方向的力? ?电子将打在荧光屏的什么位置电子将打在荧光屏的什么位置? ?OtUy13电子枪偏转电极-+荧光屏YYXXYYXX2.2.如果只在如果只在XXXX之间加之间加不变的电压不变的电压, (X, (X正、正、XX负负), ), 电子电子将打在荧光屏的什么位置将打在荧光屏的什么位置? ?OtUx14电子枪偏转电极-+荧光屏YYXXYYXXUytO1t2tXXYY3.3.如果只在如果只在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的变化的电压变化的电压, ,在荧光屏在荧光屏上会看到什么图形上会看到什么图形? ?15每个电子每个电子在电场中运动在电场中运动时间很短时间很短, ,可认为在电压不变的可认为在电压不变的匀强电场匀强电场中中偏转偏转. .不同时刻不同时刻进入电场的电子偏转进入电场的电子偏转电电压不同压不同, ,屏上亮斑位置不同屏上亮斑位置不同. .UytO1t2t每个电子在电场中做的什么运动每个电子在电场中做的什么运动?16电子枪偏转电极-+荧光屏YYXXYYXX4.4.如果只在如果只在XXXX之间加如图所示的之间加如图所示的变化的电压变化的电压, ,在荧光屏上在荧光屏上会看到什么图形会看到什么图形? ?OtUxXXY17UytO1t2t5.如果如果 之间的电压仍然如图所示，而在电极之间的电压仍然如图所示，而在电极 之间加不变的之间加不变的电压，在荧光屏上会看到什么图形？试着画出来。电压，在荧光屏上会看到什么图形？试着画出来。YY XX OtUxX XY Y电子枪偏转电极-+荧光屏YYXXYYXX18电子枪偏转电极-+荧光屏YYXXYYXX6.6.如果如果YYYY之间的电压仍然如图所示，而在之间的电压仍然如图所示，而在XXXX 之间之间所加的电压按图所示所加的电压按图所示, , 在荧光屏会看到什么图形？在荧光屏会看到什么图形？UXtt2UytO1t2tX XYY19XYOABCD E FABCD E FABOCt1DEFt2电子枪偏转电极-+荧光屏YYXXYYXX20XX电极上的电压叫电极上的电压叫扫描电压扫描电压.YY电极上的电压叫电极上的电压叫信号电压信号电压.ut0UXt21如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的时间变化的稳定稳定图象图象电子枪偏转电极-+荧光屏YYXXYYXXUXtUytO1t2t22要在屏上得到一个正弦图象要在屏上得到一个正弦图象, 信号电压信号电压和扫描电压的周期应满足什么关系和扫描电压的周期应满足什么关系?两两个呢个呢?n个呢个呢?得到得到一个一个完整的正弦波形满足完整的正弦波形满足? ?yxTTn得到得到两个两个完整的正弦波形呢完整的正弦波形呢? ?yxTT yxT2T uyt0UXt得到得到n n个个完整的正弦波形呢完整的正弦波形呢? ?TyTx235.如图所示是示波管的示意图，竖直偏转电极的极板长如图所示是示波管的示意图，竖直偏转电极的极板长l4 cm，板间距离，板间距离d1 cm，板右端距离荧光屏，板右端距离荧光屏L18 cm.(水平偏转电极不加电压，没有画出水平偏转电极不加电压，没有画出)电子沿中心线进电子沿中心线进入竖直偏转电场的速度是入竖直偏转电场的速度是1.6107 m/s，电子电荷量，电子电荷量e1.601019 C，质量，质量m0.911030 kg.问：问：(1)要使电子束不打在偏转电极要使电子束不打在偏转电极的极板上，加在竖直偏转电极的极板上，加在竖直偏转电极上的最大偏转电压上的最大偏转电压U不能超过不能超过多大？多大？(2)若在偏转电极上加若在偏转电极上加U40sin 100t V的交变电压，的交变电压，在荧光屏的竖直坐标轴上能观在荧光屏的竖直坐标轴上能观测到多长的线段？测到多长的线段？(1)91 V(2)4.4 cm24