《专题八电场》PPT课件.ppt
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1、专题八专题八 电场电场 带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动一、带电体的分类一、带电体的分类二、带电粒子在电场中的运动二、带电粒子在电场中的运动1 1 1 1、带电粒子在电场中的平衡、带电粒子在电场中的平衡、带电粒子在电场中的平衡、带电粒子在电场中的平衡2 2 2 2、带电粒子在电场中的直线运动、带电粒子在电场中的直线运动、带电粒子在电场中的直线运动、带电粒子在电场中的直线运动(2)在非匀强电场中在非匀强电场中(1)(1)在匀强电场中在匀强电场中3 3 3 3、带电粒子在匀强电场中的偏转、带电粒子在匀强电场中的偏转、带电粒子在匀强电场中的偏转、带电粒子在匀强电场中的偏转(仅受电场力,(
2、仅受电场力,(仅受电场力,(仅受电场力,v0垂直垂直E类平抛运动)类平抛运动)4 4、带电粒子在匀强电场中的偏转、带电粒子在匀强电场中的偏转(受重力电场力,(受重力电场力,做做匀变速曲线匀变速曲线运动运动)1 1、基本粒子、基本粒子2 2、带电颗粒、带电颗粒【例1】真空中的某装置如图5所示,其中平行金属板A、B之间有加速电场,C、D之间有偏转电场,M为荧光屏.今有质子、氘核和粒子均由A板从静止开始被加速电场加速后垂直于电场方向进入偏转电场,最后打在荧光屏上.已知质子、氘核和粒子的质量之比为124,电荷量之比为112,则下列判断中正确的是()A.三种粒子从B板运动到荧光屏经历的时间相同 1,B.
3、三种粒子打到荧光屏上的位置相同C.偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为122 5,8D.偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为124 8,7U0UqU0=mv02/2BW偏转偏转=qEy q偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为112【例2】如图9所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图.在Oxy平面的ABCD区域内,存在两个场强大小均为E的匀强电场和,两电场的边界均是边长为L的正方形(不计电子所受重力)。(1)在该区域AB边的中点处由静止释放电子,求电子离开ABCD区域的位置.(2)在电场区域内适当位置由静止释放电子,电子恰能从ABCD区域左下角D处离开,求所有释放点的位置.(3)若将
4、左侧电场整体水平向右移动L/n(n1),仍使电子从ABCD区域左下角D处离开(D不随电场移动),求在电场区域内由静止释放电子的所有位置。Fy(1)电子离开电子离开ABCDABCD区域的位置坐标为区域的位置坐标为(2 2L L,L/4)L/4))y=L/4(2)设释放点在电场区域设释放点在电场区域I I中,其坐标为(中,其坐标为(x x,y y),在电场),在电场I I中中电子被加速到电子被加速到v v1 1,然后进入电场,然后进入电场IIII做类平抛运动,并从做类平抛运动,并从D D点点离开离开 xy=L2/4y yx xy=aty=at2 2/2=eEL/2=eEL2 2/2v/2v1 12
5、 2m=Lm=L2 2/4x/4xv0eExeEx=mv=mv1 12 2/2/2v1【例2】如图9所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图.在Oxy平面的ABCD区域内,存在两个场强大小均为E的匀强电场和,两电场的边界均是边长为L的正方形(不计电子所受重力)。(3)若将左侧电场整体水平向右移动L/n(n1),仍使电子从ABCD区域左下角D处离开(D不随电场移动),求在电场区域内由静止释放电子的所有位置。(3)y yx x设电子从(设电子从(x x,y y)点释放,在电场)点释放,在电场I I中加速到中加速到v v2 2,进入电场,进入电场IIII后做类后做类平抛运动,在高度为平抛运
6、动,在高度为y y2 2处离开电场处离开电场IIII时的情景与(时的情景与(2 2)中类似,然后)中类似,然后电子做匀速直线运动,经过电子做匀速直线运动,经过D D点,则有点,则有 y y1 1=at=at2 2/2=eEL/2=eEL2 2/2v/2v2 22 2m=Lm=L2 2/4x/4xy1y1+y2=yy2y2=L2/2nxv2y2=vyt2=vy(L/nv2)L/nL/n拓展拓展2:对偏移公式的讨论:对偏移公式的讨论:对于不同的带电粒子对于不同的带电粒子(1)若以相同的速度射入,)若以相同的速度射入,(2)若以相同的动能射入,)若以相同的动能射入,则则 yq/m则则 yqyq拓展拓
7、展2:对偏移公式的讨论:对偏移公式的讨论:对于不同的带电粒子对于不同的带电粒子(1)若以相同的速度射入,)若以相同的速度射入,(2)若以相同的动能射入,)若以相同的动能射入,y与与 q m无关无关,随加速电压随加速电压的增大而减小,随偏转电的增大而减小,随偏转电压的增大而增大。压的增大而增大。则则 yq/m则则 yqyq(3 3)先由同一加速电场加速后,再进入偏转电场)先由同一加速电场加速后,再进入偏转电场 匀匀变变速速曲曲线线运运动动的的一一般般研研究究方方法法就就是是正正交交分分解解法法。将将复复杂杂的的曲曲线线运运动动分分解解为为两两个个互互相相垂垂直直方方向向上上的的直直线线运运动动。
8、一一般以初速度或合外力的方向为坐标轴进行分解。般以初速度或合外力的方向为坐标轴进行分解。一、带电粒子在电场中的偏转一、带电粒子在电场中的偏转(受重力电场力,(受重力电场力,做做匀变速曲线匀变速曲线运动运动)【例3】如图6所示,在水平向右的匀强电场中,有一带电体P自O点竖直上抛,它的初动能为4J,当它上升到最高点M时动能为5J,则此带电体折回通过与O点在同一水平线上的O点时,其动能多大?图6v0mgmgqEv1E E2 2=mv=mv2 22 2/2=mv/2=mv0 02 2+(2v+(2v1 1)2 2/2/2=E=E0 0+4E+4EM M=24J=24JE E0 0=mv=mv0 02
9、2/2=4J/2=4J。v22v1E EM M=mv=mv1 12 2/2=5J/2=5J。v0tOM=tMOtOO=2tOMv1=aEtOMaEtOO=2v1、在变化的电场中,带电粒子受变化的电场力的作用,其加速度也、在变化的电场中,带电粒子受变化的电场力的作用,其加速度也变化,此时应注意过程的分析变化,此时应注意过程的分析【例4】如图如图9所示,所示,A、B是一对平行金属板,在两板间加上一是一对平行金属板,在两板间加上一周期为周期为T的交变电压,的交变电压,A板的电势为零,板的电势为零,B板的电势随时间变化板的电势随时间变化的规律如图所示一电子从的规律如图所示一电子从A板上的小孔进入两板间
10、的电场中,板上的小孔进入两板间的电场中,设电设电子的初速度和重力可忽略不计,则子的初速度和重力可忽略不计,则A若电子是在若电子是在t=0时刻进入电场的,它将一直向时刻进入电场的,它将一直向B板运动板运动B若电子是在若电子是在t=T/8时刻进入电场的,时刻进入电场的,它可能时而向它可能时而向B板运动,时而向板运动,时而向A板运板运动,最后打在动,最后打在B板上板上C若电子是在若电子是在t=3T/8时刻进入电场的,时刻进入电场的,它可能时而向它可能时而向B板运动,时而向板运动,时而向A板运动,板运动,最后打在最后打在B板上板上D若电子是在若电子是在t=3T/8时刻进入电场的,它不可能打到时刻进入电
11、场的,它不可能打到B板上板上二、带电粒子在交变电场中的运动二、带电粒子在交变电场中的运动ABtU0-U0oT/2 T 3T/2 2T图图2P96TT/2T/4T/8 3T/8t=T/4t=T/8t=0o UxLL LU0yOtUT/2Tt1t2o 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 3U0u0.06LL LU0yOt【例例5】如如图图所所示示,热热电电子子由由阴阴极极飞飞出出时时的的初初速速忽忽略略不不计计,电电子子发发射射装装置置的的加加速速电电压压为为U0。电电容容器器板板长长和和板板间间距距离离均均为为L=10cm,下下极极板板接接地地。电电容容器器右右端端到到荧荧光光屏屏的的距距离
12、离也也是是L=10cm。在在电电容容器器两两极极板板间间接接一一交交变变电电压压,上上极极板板的的电电势势随随时时间间变变化化的的图图象象如如左左图图。(每每个个电电子子穿穿过过平平行行板板的的时时间间极极短短,可可以以认认为为电电压压是是不不变变的的)求求:在在t=0.06s时时刻刻,电电子子打打在在荧荧光光屏屏上上的的何何处处?荧荧光光屏屏上上有有电电子子打打到的区间有多长?到的区间有多长?屏上的亮点如何移动?屏上的亮点如何移动?P98o 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 3U0u0.06LL LU0yOt由图知由图知t=0.06st=0.06s时刻偏转电压为时刻偏转电压为1.8U1
13、.8U0 0y/y=(3L/2)/(L/2)电子的最大电子的最大侧移为侧移为0.5L(偏转电压超偏转电压超过过2.0U0,电子电子就打到极板上就打到极板上了),所以荧了),所以荧光屏上电子能光屏上电子能打到的区间长打到的区间长为为3L=30cm 屏上的亮点由下而上匀速上升屏上的亮点由下而上匀速上升(0-0.2/3S)(0-0.2/3S),间歇一段时间间歇一段时间0.2/3-(0.1+0.1/3)S 0.2/3-(0.1+0.1/3)S 后又重复出现。后又重复出现。yy 3L/2 L/2 L y=qUy=qU2 2L L2 2/2mv/2mv0 02 2=U=U2 2L L2 2/4U/4U1
14、1d=1.8Ud=1.8U0 0L L2 2/4U/4U0 0L=1.8L/4L=1.8L/4=0.45L=4.5cm=0.45L=4.5cmy=3y=13.5cm2U0-2U0 例例66真真空空中中速速度度为为v v6.4106.4107 7m/s m/s 的的电电子子束束连连续续射射入入两两平平行行极极板板之之间间,极极板板长长度度为为l l8.0108.010-2-2m m,间间距距 d d5.0105.010-3-3m m。两两极极板板不不带带电电时时,电电子子将将沿沿两两极极板板之之间间的的中中线线通通过过。在在两两极极板板上上加加一一 50Hz50Hz的的交交变变电电压压 u uU
15、 U0 0sintsint,如如果果所所加加电电压压的的最最大大值值U U0 0超超过过某某一一值值UcUc时时,将将开开始始出出现现了了以以下下现现象象:电电子子束束有有时时能能通通过过两两极极板板;有有时时间间断断,不能通过。不能通过。(1)(1)求求U Uc c的大小。的大小。(2)(2)求求U Uc c为何值才能使通过的为何值才能使通过的时间时间tt通跟间断的时间通跟间断的时间tt断断之比为之比为tt通通 :tt断断2:12:1电子通过平行极板所有时间电子通过平行极板所有时间t=L/vt=L/v 10 10-9-9s s T=0.02s T=0.02s因此因此,电子通过平行极板时电子通
16、过平行极板时,极板间的电压从场强可看作是恒定不变的极板间的电压从场强可看作是恒定不变的 电子进入平行极板中间后电子进入平行极板中间后,其运动沿水平方向为匀速运动其运动沿水平方向为匀速运动,沿竖直沿竖直方向为匀加速运动设电子束刚好不能通过平行极板的电压为方向为匀加速运动设电子束刚好不能通过平行极板的电压为Vc,电子经过平行极板的时间为电子经过平行极板的时间为t,所受的电场力为所受的电场力为F,则则:t=L/vt=L/vd/2=atd/2=at2 2/2/2a=F/m=a=F/m=eUeUc c/md/mdU Uc c=mv=mv2 2d d2 2/eL/eL2 2=91V=91V(2)t(2)t
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