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1、1.9 1.9 帶電粒子帶電粒子 在電場中的運(yùn)動在電場中的運(yùn)動1.9 帶電粒子1某些帶電體是否考慮重力，某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動狀態(tài)來判定要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動狀態(tài)來判定電場中的帶電粒子一般可分為兩類：電場中的帶電粒子一般可分為兩類：1、帶電的、帶電的基本粒子基本粒子：如電子，質(zhì)子，：如電子，質(zhì)子，粒子，正粒子，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和電場力相比都小負(fù)離子等。這些粒子所受重力和電場力相比都小得多，除非有說明或明確的暗示以外，一般都不得多，除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。2、帶電微粒帶電微粒：如帶電小球、

2、液滴、塵埃等。除：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。非有說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。某些帶電體是否考慮重力，電場中的帶電粒子一般可分為兩類：1、2帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動狀態(tài)：帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動狀態(tài)：勻變速直線運(yùn)動勻變速直線運(yùn)動加速、減速加速、減速勻變速曲線運(yùn)動勻變速曲線運(yùn)動偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)1.平衡平衡（F合合=0）2.勻變速運(yùn)動勻變速運(yùn)動（F合合0）靜止靜止勻速直線運(yùn)動勻速直線運(yùn)動帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動狀態(tài)：勻變速直線運(yùn)動加速、減速勻變3如如圖圖所所示示，在在真真空空中中有有一一對對平平行行金金屬屬板板，兩兩板板間間加加以以電電壓壓U U。兩兩板

3、板間間有有一一帶帶正正電電荷荷q q的的帶帶電電粒粒子子。它它在在電電場場力力的的作作用用下下，由由靜靜止止開開始始從從正正極極板板向向負(fù)負(fù)極極板板運(yùn)運(yùn)動動，到到達(dá)達(dá)負(fù)負(fù)板板時時的的速速度度有有多多大？大？(不考慮粒子的重力不考慮粒子的重力）qUm+_帶電粒子的加速帶電粒子的加速 d d一、帶電粒子的加速一、帶電粒子的加速1 1、受力分析、受力分析:水平向右的電場力水平向右的電場力 F FEq=qU/dEq=qU/d2 2、運(yùn)動分析、運(yùn)動分析:初初速速度度為為零零，加加速速度度為為a=qU/mda=qU/md的的向向右右勻勻加加速速直直線線運(yùn)動運(yùn)動。F F如圖所示，在真空中有一對平行金屬板，兩

4、板間加以電壓U。兩板間4如如圖圖所所示示，在在真真空空中中有有一一對對平平行行金金屬屬板板，兩兩板板間間加加以以電電壓壓U U。兩兩板板間間有有一一帶帶正正電電荷荷q q的的帶帶電電粒粒子子。它它在在電電場場力力的的作作用用下下，由由靜靜止止開開始始從從正正極極板板向向負(fù)負(fù)極極板板運(yùn)運(yùn)動動，到到達(dá)達(dá)負(fù)負(fù)板板時時的的速速度度有有多多大？大？(不考慮粒子的重力不考慮粒子的重力）qUm+_帶電粒子的加速帶電粒子的加速 d d一、帶電粒子的加速一、帶電粒子的加速F F解法一運(yùn)用運(yùn)動學(xué)知識求解解法一運(yùn)用運(yùn)動學(xué)知識求解如圖所示，在真空中有一對平行金屬板，兩板間加以電壓U。兩板間5如如圖圖所所示示，在在真真

5、空空中中有有一一對對平平行行金金屬屬板板，兩兩板板間間加加以以電電壓壓U U。兩兩板板間間有有一一帶帶正正電電荷荷q q的的帶帶電電粒粒子子。它它在在電電場場力力的的作作用用下下，由由靜靜止止開開始始從從正正極極板板向向負(fù)負(fù)極極板板運(yùn)運(yùn)動動，到到達(dá)達(dá)負(fù)負(fù)板板時時的的速速度度有有多多大？大？(不考慮粒子的重力不考慮粒子的重力）qUm+_帶電粒子的加速帶電粒子的加速 d d一、帶電粒子的加速一、帶電粒子的加速F F解法二運(yùn)用能量知識求解解法二運(yùn)用能量知識求解如圖所示，在真空中有一對平行金屬板，兩板間加以電壓U。兩板間6 如如兩兩極極板板間間不不是是勻勻強(qiáng)強(qiáng)電電場場該該用用何何種種方法求解？為什么？

6、方法求解？為什么？由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān)，由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動路徑也無關(guān)，第二種方法與運(yùn)動路徑也無關(guān)，第二種方法仍仍適用！適用！思考思考:若粒子的初速度為零若粒子的初速度為零,則則:若粒子的初速度不為零若粒子的初速度不為零,則則:如兩極板間不是勻強(qiáng)電場該用何種方法求解？為什么？7 例題例題1：熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在金屬絲：熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在金屬絲和金屬板間加以電壓和金屬板間加以電壓U=2500V，發(fā)射出的電子在，發(fā)射出的電子在真空中被加速后，從金屬板的小孔穿出。電子射真空中被加速后，從金屬板的小孔穿出。電子射出后的速度有多大？出后的速度有多大？設(shè)電

7、子剛從金屬絲射出時的設(shè)電子剛從金屬絲射出時的速度為零。速度為零。解解:電子電荷量為電子電荷量為e,根據(jù)動能定理可得根據(jù)動能定理可得 例題1：熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在金屬絲和金屬板間加以8所以所以如圖所示,從燈絲逸出的電子,其速度可以認(rèn)為是零,那么電子通過A板小孔時的動能為 eV,通過B板小孔時的動能為 eV,打到C板時的動能為 eVOABC45V30V454515加速 勻速 減速所以如圖所示,從燈絲逸出的電子,其速度可以認(rèn)為是零,那么電子9兩塊平行的金屬板兩塊平行的金屬板A、B之間的電壓是之間的電壓是80V，一個電子以，一個電子以100eV的動能從小孔的動能從小孔C垂垂直直A板進(jìn)入電場，該

8、電子能打在板進(jìn)入電場，該電子能打在B板上嗎？板上嗎？如果能打在如果能打在B板上，它到達(dá)板上，它到達(dá)B板時的動能有板時的動能有多大？如果要使電子打在多大？如果要使電子打在B板上時的速度板上時的速度為零為零,電源電壓應(yīng)為多少電源電壓應(yīng)為多少V？兩塊平行的金屬板A、B之間的電壓是80V，一個電子以100e10 結(jié)論：結(jié)論：由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動路徑也無關(guān)，所以強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動路徑也無關(guān)，所以在處理電場對帶電粒子的在處理電場對帶電粒子的加速加速問題問題時，一般都是利用時，一般都是利用動能定理動能定理進(jìn)行處進(jìn)行處理。理。結(jié)論：11如如圖圖所所示示，在在真真空空中

9、中水水平平放放置置一一對對金金屬屬板板Y Y和和Y Y，板板間間距距離離為為d d。在在兩兩板板間間加加以以電電壓壓U U，一一電電荷荷量量為為q q質(zhì)質(zhì)量量為為m m的的帶帶電電粒粒子子從從極極板板中中央央以以水水平平速速度度v v0 0射射入入電電場場。試試分分析析帶帶電電粒粒子子在在電電場場中中的的運(yùn)運(yùn)動動情情況況。(不計粒子的重力不計粒子的重力)二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)1 1、受力分析：、受力分析：2 2、運(yùn)動規(guī)律分析、運(yùn)動規(guī)律分析:粒子受到豎直向下的粒子受到豎直向下的電場力電場力F FEq=qU/dEq=qU/d粒子作粒子作類平拋類平拋運(yùn)動運(yùn)動。UL L+-YdY Y v

10、0 q q如圖所示，在真空中水平放置一對金屬板Y和Y，板間距離為d。12UL L+-YdY Y v0 q qx x方向：方向：勻速直線運(yùn)動勻速直線運(yùn)動Y Y方向：方向：初速度為零的初速度為零的勻加速直線運(yùn)動勻加速直線運(yùn)動v v0 0y離開電場時的偏轉(zhuǎn)角：離開電場時的偏轉(zhuǎn)角：離開電場時偏轉(zhuǎn)量：離開電場時偏轉(zhuǎn)量：推推論論:粒粒子子從從偏偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)電電場場中中射射出出時時,其其速速度度反反向向延延長長線線與初速度方向交一點(diǎn)與初速度方向交一點(diǎn),此點(diǎn)平分沿初速度方向的位移此點(diǎn)平分沿初速度方向的位移v vvy UL+-Y dY v0 qx方向：13解解:電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場后電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場后,在豎直方在豎直方向

11、做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動.加速度加速度所以偏移距離所以偏移距離所以偏移角度所以偏移角度解:電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場后,在豎直方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)14粒子在與電場平行的方向上做粒子在與電場平行的方向上做初速為零的勻加速運(yùn)動初速為零的勻加速運(yùn)動結(jié)論：結(jié)論：帶電粒子初速度垂直于電場方向飛入帶電粒子初速度垂直于電場方向飛入勻強(qiáng)電場的問題就是一個勻強(qiáng)電場的問題就是一個類平拋類平拋的問題的問題粒子在與電場垂直的方向上做粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動勻速直線運(yùn)動粒子在與電場平行的方向上做結(jié)論：粒子在與電場垂直的方向上做15 讓質(zhì)子、讓質(zhì)子、的混合物沿著與電場垂的混

12、合物沿著與電場垂直的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場偏轉(zhuǎn)，要使它們的直的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場偏轉(zhuǎn)，要使它們的偏轉(zhuǎn)角相同，則這些粒子必須具有相同的偏轉(zhuǎn)角相同，則這些粒子必須具有相同的()A.初速度初速度 B.初動能初動能C.初動量初動量 D.質(zhì)量質(zhì)量B 讓質(zhì)子、的混合物沿著與電場垂直的方向16 三個三個粒子在同一地點(diǎn)沿同一方向垂粒子在同一地點(diǎn)沿同一方向垂直飛入同一偏轉(zhuǎn)電場直飛入同一偏轉(zhuǎn)電場,出現(xiàn)了如圖所示的軌出現(xiàn)了如圖所示的軌跡跡,由此可以判斷由此可以判斷()A.在在b飛離電場的同時飛離電場的同時,a剛好打在其極板上剛好打在其極板上B.b和和c同時飛離電場同時飛離電場C.進(jìn)入電場時進(jìn)入電場時,c的速度最大的速度最大

13、,a的速度最小的速度最小D.動能的增加值動能的增加值c最小最小,a和和b一樣大一樣大ACDabc 三個粒子在同一地點(diǎn)沿同一方向垂直飛入同一偏轉(zhuǎn)17 如圖所示如圖所示,相距為相距為d長度為長度為l的平行板的平行板AB加上電壓后加上電壓后,可在可在A、B之間的空間中產(chǎn)生之間的空間中產(chǎn)生電場電場,在在A、B左端距左端距AB等距離處的等距離處的O點(diǎn)點(diǎn),有有一電量為一電量為+q質(zhì)量為質(zhì)量為m的粒子以初速度的粒子以初速度V0沿沿水平方向水平方向(與與A、B板平行板平行)射入射入.不計重力不計重力,要使此粒子能從要使此粒子能從C處射出處射出,則則A、B間的電壓間的電壓應(yīng)為應(yīng)為()A.B.C.D.AVo+-d

14、ABOC 如圖所示,相距為d長度為l的平行板AB加上電壓18 如圖所示如圖所示,兩極板與電源相連接兩極板與電源相連接,電子電子從負(fù)極板邊緣垂直電場方向射入勻強(qiáng)電場從負(fù)極板邊緣垂直電場方向射入勻強(qiáng)電場,且恰好從正極板邊緣飛出且恰好從正極板邊緣飛出,現(xiàn)在使電子射入現(xiàn)在使電子射入速度變?yōu)樵瓉淼膬杀端俣茸優(yōu)樵瓉淼膬杀?而電子仍從原來位置而電子仍從原來位置射入射入,且仍從正極板邊緣飛出且仍從正極板邊緣飛出,則兩極板間則兩極板間距離就變?yōu)樵瓉淼木嚯x就變?yōu)樵瓉淼?)A.2倍倍 B.4倍倍 C.倍倍 D.倍倍CUVo 如圖所示,兩極板與電源相連接,電子從負(fù)極板邊緣19如如圖圖所所示示，在在真真空空中中豎豎直直

15、放放置置一一對對金金屬屬板板x x和和x x,加加電電壓壓U U1 1;水水平平放放置置一一對對金金屬屬板板Y Y和和Y Y，板板間間距距離離為為d d。加加電電壓壓U U2 2，一一電電荷荷量量為為-q-q質(zhì)質(zhì)量量為為m m的的帶帶電電粒粒子子從從x x極極板板由由靜靜止止出出發(fā)發(fā)。試試分分析析帶帶電電粒粒子子的的運(yùn)運(yùn)動動情況。情況。(不計粒子的重力不計粒子的重力)+-+_U1U2-qm三、三、加速和偏轉(zhuǎn)一體加速和偏轉(zhuǎn)一體L Lv0v加速偏轉(zhuǎn)如圖所示，在真空中豎直放置一對金屬板x和x,加電壓U1;水20三、三、加速和偏轉(zhuǎn)一體加速和偏轉(zhuǎn)一體+-+_U1U2v-qmL Lv0加速偏轉(zhuǎn)電荷經(jīng)加速電

16、場加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場通過加速電場的末速度為進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的初速度三、加速和偏轉(zhuǎn)一體+-+_U1U2v-21 如圖所示如圖所示,初速度為零的電子在電勢差初速度為零的電子在電勢差為為U1的電場中加速后的電場中加速后,垂直進(jìn)入電勢差為垂直進(jìn)入電勢差為U2的偏轉(zhuǎn)電場的偏轉(zhuǎn)電場,在滿足電子能射出偏轉(zhuǎn)電場的在滿足電子能射出偏轉(zhuǎn)電場的條件下條件下,下列四種情況中下列四種情況中,一定能使電子的一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角度變大的是偏轉(zhuǎn)角度變大的是()A.U1變大變大,U2變大變大 B.U1變小變小,U2變大變大 C.U1變大變大,U2變小變小 D.U1變小變小,U2變小變小BU2U1 如圖所示,初速度為零的電子在電勢差

17、為U1的電場22 一束電子流在經(jīng)一束電子流在經(jīng)U=5000V的加速電壓的加速電壓加速后加速后,在距兩極板等距處垂直進(jìn)入平行板在距兩極板等距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場間的勻強(qiáng)電場,如圖所示如圖所示,若兩板間距若兩板間距d=1.0 cm,板長板長l=5.0cm,那么那么,要使電子能從平行要使電子能從平行板間飛出板間飛出,兩個極板上最多能加多大電壓兩個極板上最多能加多大電壓.Udl偏轉(zhuǎn)電壓越高,偏轉(zhuǎn)量就越大.設(shè)電子剛好能從極板邊緣飛出.即這時偏轉(zhuǎn)量最大等于d/2,所加電壓為最大值.一束電子流在經(jīng)U=5000V的加速電壓加速后,23 如圖所示如圖所示,初速度為零的初速度為零的粒子和粒子和電子電子在電

18、勢差為在電勢差為U1的電場中加速后的電場中加速后,垂直進(jìn)入電垂直進(jìn)入電勢差為勢差為U2的偏轉(zhuǎn)電場的偏轉(zhuǎn)電場,在滿足電子能射出偏在滿足電子能射出偏轉(zhuǎn)電場的條件下轉(zhuǎn)電場的條件下,正確的說法是正確的說法是()A.粒子的偏轉(zhuǎn)量大于電子的偏轉(zhuǎn)量粒子的偏轉(zhuǎn)量大于電子的偏轉(zhuǎn)量 B.粒子的偏轉(zhuǎn)量小于電子的偏轉(zhuǎn)量粒子的偏轉(zhuǎn)量小于電子的偏轉(zhuǎn)量 C.粒子的偏轉(zhuǎn)角大于電子的偏轉(zhuǎn)角粒子的偏轉(zhuǎn)角大于電子的偏轉(zhuǎn)角 D.粒子的偏轉(zhuǎn)角等于電子的偏轉(zhuǎn)角粒子的偏轉(zhuǎn)角等于電子的偏轉(zhuǎn)角DU2U1帶電粒子的偏移量由系統(tǒng)決定帶電粒子的偏移量由系統(tǒng)決定,而與粒子的質(zhì)量、電荷量無關(guān)而與粒子的質(zhì)量、電荷量無關(guān) 如圖所示,初速度為零的粒子和電子在

19、電勢差為U24YYXX-+-+-若金屬平行板水平放置,電子將在豎直方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)若金屬平行板豎直放置,電子將在水平方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)電極的不同放置方式Y(jié)YXX-+-+-若金屬平行板水平放置,電子將在豎直方25四、示波器四、示波器 1 1、作用作用：觀察電信號隨時間變化的情況：觀察電信號隨時間變化的情況2 2、組成組成：示波管（內(nèi)部是真空的）、電子：示波管（內(nèi)部是真空的）、電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成。槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成。電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXX四、示波器 1、作用：觀察電信號隨時間變化的情況26電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXX1.如果在電極XX之間不加電壓,但在YY之

20、間加不變的電壓,使Y的電勢比Y高(有時說這種情況是”Y正、Y負(fù)”),電子束運(yùn)動過程中受哪個方向的力?電子將打在熒光屏的什么位置?電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXX1.如果在電27電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXX1.如果在YY 之間不加電壓,而在XX之間加不變的電壓,(X正、X負(fù)),電子將打在熒光屏的什么位置?電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXX1.如果在Y28電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXX2.如果在XX 之間不加電壓,而在YY之間所加的電壓按圖所示的規(guī)律隨時間變化，在熒光屏?xí)吹绞裁磮D形？Uyt電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXX2.如果在X29電子槍偏轉(zhuǎn)電極-

21、+熒光屏YYXXYYXX3.如果YY之間的電壓仍然如圖所示，而在XX 之間加不變的電壓(X正、X負(fù)”),在熒光屏?xí)吹绞裁磮D形？Uyt電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXX3.如果YY30電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXX3.如果YY之間的電壓仍然如圖所示，而在XX 之間加不變的電壓(X負(fù)、X正),在熒光屏?xí)吹绞裁磮D形？Uyt電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXX3.如果YY31電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXX3.如果YY之間的電壓仍然如圖所示，而在XX 之間所加的電壓按圖所示,在熒光屏?xí)吹绞裁磮D形？UytUXtt2t2電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXX3.如果YY32如果信號電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號電壓的周期相同，就可以在熒光屏上得到待測信號在一個周期內(nèi)隨時間變化的穩(wěn)定圖象電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXXUXt如果信號電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號電壓的周期相同，就33