人教版高中物理选修3-1第一章静电场第9节带电粒子在电场中的运动(40张ppt)资料.ppt

二、二、带电粒子的带电粒子的偏转偏转_+U1-qmv0一、一、带电粒子的带电粒子的加速加速v0+-U2dlv-qmv0yvy垂直垂直电场方向电场方向:平行平行电场方向电场方向:2偏移距离偏移距离dmvql U2022=2偏转角偏转角dmvqlU20=2类平抛运动类平抛运动?一一个个电电荷荷量量为为-q质质量量为为m的的带带电电粒粒子子，由由静静止止进进入入一一个个电电压压为为U1的的加加速速电电场场加加速速后后，又又垂垂直直进进入入一一个个电电压压为为U2的的偏偏转转电电场场，经经偏偏转转电电场场偏转后打在荧光屏上偏转后打在荧光屏上,整个装置如图示整个装置如图示.试分析带电粒子的运动情况试分析带电粒子的运动情况(不计粒子的重力不计粒子的重力).v0+-U2dlvyvy_+U1-qmv0OYL加速加速偏转偏转匀速匀速瞬时速度是联系两个过程的桥梁瞬时速度是联系两个过程的桥梁三、三、带电粒子的带电粒子的加速偏转加速偏转?一一个个电电荷荷量量为为-q质质量量为为m的的带带电电粒粒子子，由由静静止止进进入入一一个个电电压压为为U1的的加加速速电电场场加加速速后后，又又垂垂直直进进入入一一个个电电压压为为U2的的偏偏转转电电场场，经经偏偏转转电电场场偏转后打在荧光屏上偏转后打在荧光屏上,整个装置如图示整个装置如图示.求求:(1)出偏转电场时的偏移距离出偏转电场时的偏移距离y；(2)出偏转电场时的偏转角；出偏转电场时的偏转角；(3)打在荧光屏上时的偏移距离打在荧光屏上时的偏移距离Y.v0+-U2dlvyvy_+U1-qmv0OYL三、三、带电粒子的带电粒子的加速偏转加速偏转v0+-U2dlvyvy_+U1-qmv0OYL经加速电场经加速电场U1加速后加速后:经偏转电场经偏转电场U2偏转后偏转后:(1)偏移距离偏移距离y:dmvql U2022=2y(2)偏转角偏转角:dmvqlU20=2tanq q(3)偏移距离偏移距离Y:q qtan)L2(lY+=dUl U122=dUlU1224=dUl U122三三、带带电电粒粒子子的的加加速速偏偏转转YYXX-+-+-若金属板水平放置若金属板水平放置电子将电子将竖直偏转竖直偏转若金属板竖直放置若金属板竖直放置 电子将电子将水平偏转水平偏转偏转电极的放置方式偏转电极的放置方式1、如图，电子在电势差为、如图，电子在电势差为U1的加速电场中由静止的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为开始加速，然后射入电势差为U2的两块平行极板间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条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是变大的是（）A、U1变大、变大、U2变大变大B、U1变小、变小、U2变大变大C、U1变大、变大、U2变小变小D、U1变小、变小、U2变小变小例与练例与练析与解析与解对加速过程由动能定理：对加速过程由动能定理：对偏转过程由偏转角正切公式：对偏转过程由偏转角正切公式：dUl U122=dUlUy1224=电学搭台电学搭台力学唱戏力学唱戏1、如图，电子在电势差为、如图，电子在电势差为U1的加速电场中由静止的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为开始加速，然后射入电势差为U2的两块平行极板间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条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是变大的是（）A、U1变大、变大、U2变大变大B、U1变小、变小、U2变大变大C、U1变大、变大、U2变小变小D、U1变小、变小、U2变小变小B例与练例与练2 2、如图所示，二价氦离子和质子的混合体，经同、如图所示，二价氦离子和质子的混合体，经同、如图所示，二价氦离子和质子的混合体，经同、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，一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，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，则它们偏转后，打在同一荧光屏上，则它们偏转后，打在同一荧光屏上，则它们偏转后，打在同一荧光屏上，则它们()()AA、侧移距离相同、侧移距离相同、侧移距离相同、侧移距离相同 B B、偏转角相同、偏转角相同、偏转角相同、偏转角相同 C C、到达屏上同一点、到达屏上同一点、到达屏上同一点、到达屏上同一点 D D、到达屏上不同点、到达屏上不同点、到达屏上不同点、到达屏上不同点ABCdUlUy1224=dUl U122=带电粒子的带电粒子的偏移量和偏转角由系统决定偏移量和偏转角由系统决定，而与粒子的，而与粒子的质量、电量无关质量、电量无关.只要只要电性相同电性相同的带电粒子的带电粒子,在电场中在电场中留下的留下的轨迹相同轨迹相同,所以无法将电性相同的粒子分开所以无法将电性相同的粒子分开.例与练例与练3、如图所示，有一电子、如图所示，有一电子(电量为电量为e、质量为、质量为m)经电压经电压U1加速后，沿平行金属板加速后，沿平行金属板A、B中中心线进入两板，心线进入两板，A、B板间距为板间距为d、长度为、长度为l，A、B板间电压为板间电压为U2，屏，屏CD足够大，距离足够大，距离A、B板右边缘板右边缘2l，AB板的中心线过屏板的中心线过屏CD的中心的中心且与屏且与屏CD垂直。试求电子束打在屏上的位置垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。到屏中心间的距离。例与练例与练析与解析与解电子离开电场，就好象从中点沿直线离开的：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：对加速过程由动能定理：dUl U122=Yqtan)22(llY+=dUlU1224=5带电粒子带电粒子打在屏上的位置打在屏上的位置(偏移量偏移量Y):由系统决定由系统决定，而与粒子的质量、电量无关而与粒子的质量、电量无关.四、四、示波管的示波管的原理原理1、示波器的作用：、示波器的作用：观察电信号随时间变化的情况观察电信号随时间变化的情况2、示波管的结构：、示波管的结构：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成由电子枪、偏转电极和荧光屏组成3、示波管的原理、示波管的原理产生产生高速高速 飞飞行的行的电子束电子束待显示待显示的的信号电压信号电压锯齿形锯齿形 扫扫描电压描电压使电子沿使电子沿 Y Y方向方向偏移偏移使电子沿使电子沿 x x方向方向偏移偏移2、如果在电极、如果在电极XX之间之间不加电压不加电压，但在，但在YY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，在荧光屏上会，在荧光屏上会看到什么图形？看到什么图形？0tt0tt1 1电子沿电子沿Y Y方向方向向上向上偏移偏移思考与讨论思考与讨论2、如果在电极、如果在电极XX之间之间不加电压不加电压，但在，但在YY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，在荧光屏上会，在荧光屏上会看到什么图形？看到什么图形？t t1 1tttt2 2电子沿电子沿Y Y方向方向向下向下偏移偏移思考与讨论思考与讨论电子枪偏转电极-+荧光屏YYXXYYXX3、如果在、如果在YY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，同时在同时在XX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X的电势比的电势比X高高，在荧光屏上会看到什么图形？在荧光屏上会看到什么图形？0tt0tt1 1电子沿电子沿Y Y方向方向向上向上偏，沿偏，沿X X方向方向向里向里偏偏思考与讨论思考与讨论3、如果在、如果在YY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，同时在同时在XX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X的电势比的电势比X高高，在荧光屏上会看到什么图形？，在荧光屏上会看到什么图形？t t1 1tttt2 2电子沿电子沿Y Y方向方向向下向下偏，沿偏，沿X X方向方向向里向里偏偏思考与讨论思考与讨论电子枪偏转电极-+荧光屏YYXXYYXX3、如果在、如果在YY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，同时在同时在XX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X的电势比的电势比X高高，在荧光屏上会看到什么图形？，在荧光屏上会看到什么图形？电子沿电子沿Y Y方向方向向向上向下上向下偏，沿偏，沿X X方向方向向外向外偏偏思考与讨论思考与讨论电子枪偏转电极-+荧光屏YYXXYYXX4、如果在、如果在YY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，同时在同时在XX之间加之间加锯齿形扫描电压锯齿形扫描电压，在荧光，在荧光屏上会看到什么图形？屏上会看到什么图形？XYOA B CD E FA B CD E FABOCt1DEFt2思考与讨论思考与讨论电子枪偏转电极-+荧光屏YYXXYYXX如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信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时间变化的稳定图象测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象电子枪偏转电极-+荧光屏YYXXYYXXUXt4、如图所示的示波管，如果在、如图所示的示波管，如果在YY之间加如图所之间加如图所示的示的交变电压交变电压，同时在，同时在XX之间加如图所示的之间加如图所示的锯齿锯齿形电压形电压，使，使X的电势比的电势比X高，在荧光屏上会看到什高，在荧光屏上会看到什么图形？么图形？例与练例与练UxtOt1t24、如图所示的示波管，如果在、如图所示的示波管，如果在YY之间加如图所之间加如图所示的示的交变电压交变电压，同时在，同时在XX之间加如图所示的之间加如图所示的锯齿锯齿形电压形电压，使，使X的电势比的电势比X高，在荧光屏上会看到什高，在荧光屏上会看到什么图形？么图形？例与练例与练UxtOt1t2XYO0tt0tt1 1t t1 1tttt2 2v0+-U2dlvyvy_+U1-qmv0OYL经加速电场经加速电场U1加速后加速后:经偏转电场经偏转电场U2偏转后偏转后:(1)偏移距离偏移距离y:dmvql U2022=2y(2)偏转角偏转角:dmvqlU20=2tanq q(3)偏移距离偏移距离Y:q qtan)L2(lY+=dUl U122=dUlU1224=dUl U122三三、带带电电粒粒子子的的加加速速偏偏转转四、四、示波管的示波管的原理原理1、示波器的作用：、示波器的作用：观察电信号随时间变化的情况观察电信号随时间变化的情况2、示波管的结构：、示波管的结构：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成由电子枪、偏转电极和荧光屏组成3、示波管的原理、示波管的原理作业：作业：P394、54、让一价氢离子、一价氦离子、让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一加速和二价氦离子的混合物经过同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，它们是否会分为三股转电场里偏转，它们是否会分为三股粒子束？请通过计算说明。粒子束？请通过计算说明。问题与练习问题与练习比较离子在偏转电场的侧移距离比较离子在偏转电场的侧移距离y如果如果y不相同不相同比较离子是否以比较离子是否以相同偏角相同偏角 射出射出如果如果y 相同相同如果如果不相同不相同会分为三股会分为三股如果如果 相同相同不会分为三股不会分为三股会分为三股会分为三股答案：答案：通过加速电场时获得的动能通过加速电场时获得的动能E Ek k=qUqU,加加速电压相同，二价氦离子电荷量最大，所以速电压相同，二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子获得动能最大。粒子的偏转量和二价氦离子获得动能最大。粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定，所以三偏转角由加速电场和偏转电场决定，所以三种粒子不可能分开为三股。种粒子不可能分开为三股。5.电子从静止出发被电子从静止出发被1000V的电压加的电压加速速,然后沿着与电场垂直的方向进入另一然后沿着与电场垂直的方向进入另一个电场强度为个电场强度为5000N/C的均强偏转电场的均强偏转电场,进进入方向与电场强度方向垂直入方向与电场强度方向垂直.已知偏转电已知偏转电极长极长6cm,求电子离开偏转电场时的速度及求电子离开偏转电场时的速度及其与进入偏转电场时的速度方向之间的夹其与进入偏转电场时的速度方向之间的夹角。角。问题与练习问题与练习1414、初速度为、初速度为2 210107 7m/sm/s的电子沿平行金的电子沿平行金属板间的中心线射入板中，板长为属板间的中心线射入板中，板长为30cm30cm，相距为相距为4cm4cm，在两板间加上如图所示的，在两板间加上如图所示的正弦正弦交变电压交变电压。已知电子的质量为。已知电子的质量为9 91010-31-31KgKg，电量为电量为1.61.61010-19-19C C，不计电子重力，求：，不计电子重力，求：要使所有的电子都能离开电场，图中电压的要使所有的电子都能离开电场，图中电压的最大值最大值U U0 0需满足什么条件？需满足什么条件？例与练例与练可认为在可认为在t t时间时间内内电场电场不变不变设电子在两板间的运动时间为设电子在两板间的运动时间为t设电子在偏转电压为设电子在偏转电压为U U0 0时进入板间时进入板间析与解析与解带电粒子在带电粒子在交变电场交变电场中的运动中的运动 在两个相互平行的金属板间加在两个相互平行的金属板间加交变电压交变电压时，在两板时，在两板间便可获得间便可获得交变电场交变电场。此类电场从空间看是匀强电。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根据电场变化的特点,正确地判断粒子的运动情况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、方向都不变期时，可认为电场强度的大小、方向都不变.小小 结结