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1、第九节带电粒子的运动第一页，本课件共有25页重点难点重点难点重点重点:带电粒子在电场中的加速和偏转规律带电粒子在电场中的加速和偏转规律 难点难点:带电粒子在电场中的偏转问题及应用。带电粒子在电场中的偏转问题及应用。应用应用：知道示波管的主要构造和工作原理。知道示波管的主要构造和工作原理。第二页，本课件共有25页+_U带电粒子的加速带电粒子的加速UE加速匀速匀速第三页，本课件共有25页_+_匀速匀速加速(+q,m)加速后粒子的速度怎样计算呢？由动能定理可得U当V0一定时，U越大，则V越大；U越小，V越小当U 一定时，V0越大，则V越大；V0越小，V越小对某一粒子（m.q一定）由牛顿定律得：若在匀
2、强电场中第四页，本课件共有25页单级加速-电子枪低压电源低压电源加热灯丝加热灯丝产生热电产生热电子子高压高压电源产高压电源产生加速电场生加速电场原理：原理：Uq=mv2/20第五页，本课件共有25页多级加速问题：如图多级平行板连接，能否加速离子？问题：如图多级平行板连接，能否加速离子？UABCDEF第六页，本课件共有25页多级直线加速器示意图多级直线加速器示意图U0u0-u0tT2TU第七页，本课件共有25页带电粒子的偏转带电粒子的偏转v0 ld+-qvv0vyl/2F运动状态分析 匀变速曲线运动（类平抛运动）分析方法沿初速度方向匀速直线运动沿电场线方向初速度为零的匀加速直线运动1.1.加速度
3、加速度:2.2.飞行时间飞行时间3.3.侧移距离侧移距离4.4.偏角偏角第八页，本课件共有25页求带电粒子离开电场时速度的大小。求带电粒子离开电场时速度的大小。方法方法2:根据动能定理求解根据动能定理求解方法方法1:1:根据速度合成求解根据速度合成求解注意注意加速电压加速电压U*不一定是两板的电压不一定是两板的电压不能求出方向不能求出方向第九页，本课件共有25页对粒子偏角的讨论对粒子偏角的讨论1.1.若不同的粒子是从静止经过若不同的粒子是从静止经过同一电场加速电压同一电场加速电压U U0 0加速后进入加速后进入偏转电场偏转电场U,U,由动能定理有由动能定理有偏角大小与粒子偏角大小与粒子q,mq
4、,m无关无关,即都相同即都相同2.2.将粒子飞出电场时的速度反向延将粒子飞出电场时的速度反向延长长,交原运动方向于交原运动方向于O O点点,O,O点距电场点距电场边缘距离为边缘距离为x,x,则则粒子从偏转电场中射出时粒子从偏转电场中射出时,好像从极好像从极板间板间l/2l/2处沿直线射出似的处沿直线射出似的第十页，本课件共有25页dl/2yv0-qvv0v+-lYXU荧光屏荧光屏光斑光斑U0若粒子是从静止经过电场加速电压若粒子是从静止经过电场加速电压U0加速后进入偏转电场加速后进入偏转电场U发生侧移发生侧移y；离开电场后，打在荧光屏上行成光斑，光斑距；离开电场后，打在荧光屏上行成光斑，光斑距荧
5、光屏中心的距离荧光屏中心的距离Y。结合前面结论，推出。结合前面结论，推出y与与Y的表达式的表达式第十一页，本课件共有25页dl/2yv0-qvv0v+-lYXU荧光屏荧光屏光斑光斑U0(1)(2)得出：得出：第十二页，本课件共有25页3示波管的原理示波管的原理（1）示波器：用来观察电信号随时间变化的电）示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器。其核心部分是示波管子仪器。其核心部分是示波管（2）示波管的构造：由电子枪、偏转电极和荧光屏）示波管的构造：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成（如图）。组成（如图）。（3）原理：利用了带电粒子在电场中偏转的规律，）原理：利用了带电粒子在电场中偏转的规律，灵敏
6、、直观地显示出电信号随时间变化的图线。灵敏、直观地显示出电信号随时间变化的图线。第十三页，本课件共有25页第十四页，本课件共有25页水平偏转电极，加电压如图水平偏转电极，加电压如图1，竖直偏转电极加电压如图，竖直偏转电极加电压如图2，荧光屏上会出现什么图形？荧光屏上会出现什么图形？UxtT2TtUyT2T1、只加、只加Uxt电压电压2、只加、只加Uyt电压电压3、同时加、同时加Uxt电压电压 和和Uyt电压电压思考：思考：为什么叫做为什么叫做“示波器示波器”第十五页，本课件共有25页重点难点重点难点重点重点:带电粒子在电场中的加速和偏转规律带电粒子在电场中的加速和偏转规律 难点难点:带电粒子在
7、电场中的偏转问题及应用。带电粒子在电场中的偏转问题及应用。应用应用：知道示波管的主要构造和工作原理。知道示波管的主要构造和工作原理。第十六页，本课件共有25页研究方法小结：研究方法小结：1 1、研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索（1）力和运动的关系）力和运动的关系牛顿第二定律牛顿第二定律（2）功和能的关系）功和能的关系动能定理动能定理2 2、研究带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧研究带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧（1）类比与等效）类比与等效 电场力和重力都是恒力，在电场力作用下的运动可与重力作用下的运动类电场力和重力都是恒力，在电场力作
8、用下的运动可与重力作用下的运动类比比-电场中的偏转为类抛体运动（类平抛、类斜抛）（2）整体法）整体法(全过程法全过程法)电场力的功只与始末位置有关，从电荷运动的全过程中功能关系出发电场力的功只与始末位置有关，从电荷运动的全过程中功能关系出发(尤尤其从静止出发末速度为零的问题其从静止出发末速度为零的问题)往往能迅速找到解题入口或简化计算往往能迅速找到解题入口或简化计算-（使用动能定理解题时）（使用动能定理解题时）第十七页，本课件共有25页关于重力是否考虑的问题关于重力是否考虑的问题1 1、题目明确了重力不计或不能忽略重力的情况、题目明确了重力不计或不能忽略重力的情况2 2、题目未明确的情况下、题
9、目未明确的情况下:a)a)基本粒子基本粒子(如电子、质子、离子等如电子、质子、离子等)重力一般忽略重力一般忽略.b)b)带电颗粒带电颗粒(如液滴、尘埃、小球等如液滴、尘埃、小球等)重力一般不能忽略重力一般不能忽略.讨论:第十八页，本课件共有25页综合提高如图所示如图所示,水平放置的水平放置的A、B两平行金属板相距两平行金属板相距为为d,现有质量为现有质量为m,电量为电量为-q的小球的小球,从距从距A板高板高h处自由下落处自由下落,通过小孔通过小孔C进入电场进入电场,但没能到达但没能到达B板板,求求AB间电势差的最小值间电势差的最小值.hdCBA解法一、牛顿定律和运动学规律第十九页，本课件共有2
10、5页解法二、解法二、运动学规律和动量定理法运动学规律和动量定理法小球自由落体时间由小球自由落体时间由可得可得进入电场后的匀减速运动的时间由进入电场后的匀减速运动的时间由第二十页，本课件共有25页解法三、（动能定理法）解法三、（动能定理法）由由W=EK可列全过程的动能定理方程可列全过程的动能定理方程mg(h+d)-qUmin=0,Umin=mg(h+d)/q第二十一页，本课件共有25页例题例题2:一个电子以初速一个电子以初速V0=3.0106m/s沿着垂沿着垂直于场强方向射入两带电平行金属板，金属直于场强方向射入两带电平行金属板，金属板长板长L=6.010-2m，两板之间可以看成是匀强，两板之间
11、可以看成是匀强电场，场强大小为电场，场强大小为E=2103N/C，电子的电量，电子的电量e=1.610-19C，质量，质量m=9.1 10-31kg，求，求:（1）电子射离电场时的速度；）电子射离电场时的速度；（2）出射点与入射点沿场强方向的侧移距离。）出射点与入射点沿场强方向的侧移距离。第二十二页，本课件共有25页解析解析法一：电子射入电场以后，受恒定的电场力作法一：电子射入电场以后，受恒定的电场力作用，由于用，由于V0F电，电，电子做类平抛运动。将电子电子做类平抛运动。将电子的运动看成是沿的运动看成是沿X轴方向、速度为轴方向、速度为V0的匀速直的匀速直线运动和沿电场力线运动和沿电场力y方向
12、、初速度为零的匀加方向、初速度为零的匀加速直线运动的合成。速直线运动的合成。yV0XO如图所示如图所示:第二十三页，本课件共有25页 从电子射入电场到飞出电场，两个方向从电子射入电场到飞出电场，两个方向的位移和加速度为的位移和加速度为L=V0ty=at212a=eEm电子飞离电场时的速度为电子飞离电场时的速度为Vx=V0Vy=atVt=V2+(at)20代入数据代入数据y=7.010-2(m)代入数据代入数据 Vt=7.62 106(m/s)tan=VyV0代入数据代入数据tan=2.33=arctg2.33第二十四页，本课件共有25页 法二：法二：由由F=eE=ma 求出求出a，由由L=V0t 求出求出t，总结总结本题为典型的带电粒子在电场中的偏本题为典型的带电粒子在电场中的偏转问题，一般的处理方法是应用运动合成的转问题，一般的处理方法是应用运动合成的方法，它是运动学知识在电场中的运用，运方法，它是运动学知识在电场中的运用，运用动能定理解题，可以简化解题过程。用动能定理解题，可以简化解题过程。12y=at2然后根据然后根据 求出y=7.010-2(m)，eEy=mV2-mV2tO1212再由动能定理再由动能定理：求出Vt=7.62 106(m/s)第二十五页，本课件共有25页