1.9帶電粒子在電場中的運動人教版新課標選修3-1J2459學生示波器陰極射線管結構示意圖13、帶電體：是否考慮重力，要根據題目暗示或運動狀態來判定.1、微觀帶電粒子：如電子、質子、離子等.帶電粒子所受重力一般遠小于靜電力，一般都不考慮重力(有說明或暗示除外).2、宏觀帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等.一般都考慮重力(有說明或暗示除外).注意：帶電粒子與帶電微粒的區別帶電體一般可分為兩類：注意：忽略粒子的重力并不是忽略粒子的質量.21、平衡狀態2、變速直線運動:加速或減速3、勻變速曲線運動：偏轉4、圓周運動帶電粒子在電場中的運動可能有幾種運動形式？在勻強電場中呢？物體的初速度和所受合外力決定了物體的運動情況。一、帶電粒子在電場中運動3例題一：如圖，帶電微粒在電場中處于靜止狀態，該微粒帶正電還是負電?+++++++-------F電類型一：受力平衡若帶電微粒在電場中所受合力為零時，即F合＝0時，微粒將保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。mg帶電微粒處于靜止狀態，所受靜電力必為豎直向上。又因為電場強度方向豎直向下，所以帶電體帶負電。若微粒在電場中做勻速直線運動呢？4用噴霧器將油滴噴入兩塊相距為d的水平放置的平行極板之間，當油在噴射時，由于噴射分散發生摩擦，油滴一般都是帶電的。設油滴的質量為m，所帶的電量為q，兩極板間的電壓為U.密立根實驗---電子電荷量測定U/mgdqdUqqEmg=T==則油滴在平行極板間將同時受到兩個力的作用，一個是重力mg，一個是靜電力qE.調節兩極板間的電壓U，可使該兩力達到平衡。即5實驗歷史背景及意義1897年湯姆遜發現了電子的存在，一個電子所帶的電荷量是現代物理學重要的基本常數之一。由美國杰出的物理學家密立根首先設計并完成的密立根油滴實驗，采用了宏觀的力學模式來研究微觀世界的量子特性。它證明了帶電體所帶的電荷都是某一最小電荷的整數倍，明確了電荷的電荷的量子化，并精確地測定了基本電荷e的數值。實驗設計巧妙，將微觀測量量轉化為宏觀量的測量，在近代物理學的發展史上具有里程碑意義。密立根本人也因此榮獲1923年諾貝爾物理學獎。人們用類似的方法測定基本粒子夸克的電量。6類型二：勻變速直線運動若帶電粒子在電場中所受合力不為零，當V0與合力方向在同一直線上時，粒子將做勻變速直線運動。7qUm+_帶電粒子的加速dF解法一運用運動學知識求解解法二運用能量知識求解粒子加速后的速度只與加速電壓有關1、受力分析:

水平向右的靜電力F＝Eq=qU/d2、運動分析:初速度為零，加速度為a=qU/md的向右勻加速直線運動。求帶正電粒子到負極板時的速度8思考題如兩極板間不是勻強電場該用何種方法求解？為什么？

由于靜電力做功與場強是否勻強無關，與運動路徑也無關，第二種方法仍適用！所以在處理電場對帶電粒子的加速問題時，一般都是利用動能定理進行處理。9解:根據動能定理得:例1、熾熱的金屬絲可以發射電子。在金屬絲和金屬板間加以電壓U=2500V，發射出的電子在真空中加速后，從金屬板的小孔穿出。電子穿出時的速度有多大？設電子剛離開金屬絲時的速度為零。10+-電子槍射出電子（不計重力），請問電子在各個區域的運動情況？經典模型勻速減速勻速若要電子能通過電場，電子槍發射的速度至少要達到多大？U、d電子槍V011經典模型121.高電壓型加速器(靜電加速器)范德格拉夫起電機示意圖低能加速器:10MeV加速器原理：利用導體處于靜電平衡狀態時，所帶電荷全部分布在導體表面和尖端放電原理，使導體球的表面所帶的電荷不斷增加，從而使導體球和地之間的電勢差U不斷增大。置于導體球殼內的離子源釋放出來的帶有電量q的帶電粒子在通過這個電勢差時，獲得能量，從而得到加速。靜電加速器能量：最高能量為幾十Mev13類型三：勻變速曲線運動—偏轉若帶電粒子在電場中所受合力不為零，當V0與合力方向不在同一直線上時，粒子將做勻變速曲線運動。1.如何求粒子的偏移距離?2.如何求粒子的出射速度大小及偏轉角?14例2.如右圖，兩個相同極板的長l=6.0cm，相距d=2cm，極板間的電壓U=200V。一個電子沿平行于板面的方向射入電場中，射入時的速度V0=3.0×107m/s。vy

l++++++-------qdＵv0Fθ

把兩板間的電場看作勻強電場，求電子射出時沿垂直于板面方向偏移的距離y和偏轉的角度θ。15t=y==tanθ

推導離開電場時偏移量:推導離開電場時偏轉角:1.受力分析：粒子受到豎直向下的靜電力F＝Eq=qU/d。2.運動分析:粒子作類平拋運動。x方向：勻速直線運動Y方向：勻加速直線運動16vv0vyy

l++++++-------qdＵv0Fθ

t==vy=at=tanθ解：代入數據得y

=0.36㎝代入數據得θ=6.80飛行時間17偏轉模型的推論推論⑴：帶電粒子垂直進入偏轉電場，離開電場時,粒子好象是從入射線中點直接射出來的。

θx18θxα偏轉模型的推論推論⑵：速度偏向角θ和位移偏向角α的關系19一個電荷量為-q質量為m的帶電粒子，由靜止進入一個電壓為U1的加速電場加速后，又垂直進入一個電壓為U2的偏轉電場，經偏轉電場偏轉后打在熒光屏上,整個裝置如圖示.(不計粒子的重力).求:(1)出偏轉電場時的偏移距離y；(2)出偏轉電場時的偏轉角；(3)打在熒光屏上時的偏移距離Y.v0++++++------U2dlvyθvy_+U1-qmv0OYLθ課堂練習20v0++++++------U2dlvyθvy_+U1-qmv0OYL經加速電場U1加速后:經偏轉電場U2偏轉后:(1)偏移距離y:dmvqlU2022=2y(2)偏轉角:θdmvqlU20=2tanq(3)偏移距離Y:qtan)L2(lY+=dUlU122=dUlU1224=dUlU122θ21產生高速飛行的電子束待顯示的電壓信號鋸齒形掃描電壓使電子沿Y方向偏移使電子沿x方向偏移電子槍偏轉電極-+熒光屏YY’XX’YY’XX’二、示波管的原理22已知：U1、l、YY?偏轉電極的電壓U2、板間距d、板端到熒光屏的距離L。求：電子射出偏轉電場時的偏向角正切值tanφ及打到屏上電子的偏移量y?。偏移量與YY?偏轉電極的電壓U2成正比231）如果在電極XX’之間不加電壓，而在YY’之間加不變電壓，使Y的電勢比Y’高，電子將打在熒光屏什么位置？電子沿Y方向向上偏移242）如果在電極YY’之間不加電壓，但在XX’之間加不變電壓，使X的電勢比X’高，電子將打在熒光屏的什么位置？電子沿X方向向里偏移253）如果在電極YY’和XX’之間都加不變電壓，使Y的電勢比Y’高，X的電勢比X’高，電子將打在熒光屏的什么位置？264）如果僅在YY’之間加如圖1.9-5所示的交變電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？275）如果僅在XX’之間加如圖1.9-6所示的鋸齒形電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？286）如果在YY’之間加如圖5所示的交變電壓，同時在XX’之間加不變電壓（X正、X’負），在熒光屏上會看到什么圖形？297）如果在YY’之間加如圖5所示的交變電壓，同時在XX’之間加不變電壓（X負、X’正），在熒光屏上會看到什么圖形？308）如果在YY’之間加如圖5所示的交變電壓，同時在XX’之間加如圖6所示的鋸齒形電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？XYOABCDEFABCDEFABOCt1DEFt2318）如果在YY’之間加如圖5所示的交變電壓，同時在XX’之間加如圖6所示的鋸齒形電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？321、下列粒子由靜止經加速電壓為U的電場加速后，

哪種粒子動能最大（）哪種粒子速度最大（）A、質子B、電子

C、氘核D、氦核

強化練習與電量成正比與比荷平方根成正比DBe/m1840e/me/2m2e/4m332、如圖所示，M、N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質量為m、電量為+q的質子，以極小的初速度由小孔進入電場，當M、N間電壓為U時，粒子到達N板的速度為v，如果要使這個帶電粒子到達N板的速度為2v，則下述方法能滿足要求的是（）

A、使M、N間電壓增加為2U

B、使M、N間電壓增加為4U

C、使M、N間電壓不變，距離減半

D、使M、N間電壓不變，距離加倍MNUd+v與電壓平方根成正比B強化練習343、如圖所示的電場中有A、B兩點，A、B的電勢差UAB＝100V，一個質量為m=2.0×10-12kg、電量為q=-5.0×10-8C的帶電粒子，以初速度v0=3.0×103m/s由A點運動到B點，求粒子到達B點時的速率。（不計粒子重力）A-v0Bq為負強化練習354、質量為m、帶電量為q的粒子以初速度v從中線垂直進入偏轉電場，剛好離開電場，它在離開電場后偏轉角正切為0.5，則下列說法中正確的是A、如果偏轉電場的電壓為原來的一半，則粒子離開電場后的偏轉角正切為0.25B、如果帶電粒子的比荷為原來的一半，則粒子離開電場后的偏轉角正切為0.25C、如果帶電粒子的初速度為原來的2倍，則粒子離開電場后的偏轉角正切為0.25D、如果帶電粒子的初動能為原來的2倍，則粒子離開電場后的偏轉角正切為0.25√√√強化練習365、質子(質量為m、電量為e)和二價氦離子(質量為4m、電量為2e)以相同的初動能垂直射入同一偏轉電場中，離開電場后，它們的偏轉角正切之比為

，側移之比為

。

與電量成正比與電量成正比2:12:1強化練習376、三個電子在同一地點沿同一直線垂直同時飛入偏轉電場，如圖所示。則由此可判斷（）A、b和c同時飛離電場B、在b飛離電場的瞬間，a剛好打在下極板上C、進入電場時，c速度最大，a速度最小D、c的動能增量最小，

a和b的動能增量一樣大

強化練習38析與解396、三個電子在同一地點沿同一直線垂直同時飛入偏轉電場，如圖所示。則由此可判斷（）A、b和c同時飛離電場B、在b飛離電場的瞬間，a剛好打在下極板上C、進入電場時，c速度最大，a速度最小D、c的動能增量最小，

a和b的動能增量一樣大

√√強化練習√407、如圖，電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始加速，然后射入電勢差為U2的兩塊平行極板間的電場中，入射方向跟極板平行。整個裝置處在真空中，重力可忽略。在滿足電子能射出平行板區的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉角θ變大的是（）A、U1變大、U2變大B、U1變小、U2變大C、U1變大、U2變小D、U1變小、U2變小強化練習41析與解對加速過程由動能定理：對偏轉過程由偏轉角正切公式：與粒子的電量q、質量m無關428、如圖所示，二價氦離子和質子的混合體，經同一加速電場加速后，垂直射入同一偏轉電場中，偏轉后，打在同一熒光屏上，則它們（）A、側移相同B、偏轉角相同C、到達屏上同一點D、到達屏上不同點與粒子的電量q、質量m無關強化練習439、試證明：帶電粒子垂直進入偏轉電場，離開電場時就好象是從初速度所在直線的中點沿直線離開電場的。

θx強化練習4410、如圖所示，有一電子(電量為e、質量為m)經電壓U0加速后，沿平行金屬板A、B中心線進入兩板，A、B板間距為d、長度為L，A、B板間電壓為U，屏CD足夠大，距離A、B板右邊緣2L，AB板的中心線過屏CD的中心且與屏CD垂直。試求電子束打在屏上的位置到屏中心間的距離。強化練習45析與解電子離開電場，就好象從中點沿直線離開的：θ對加速過程由動能定理：4611、質量為1×10-25kg、電量為1×10-16C的帶電粒子以2×106m/s速度從水平放置的平行金屬板A、B中央沿水平方向飛入板間，如圖所示。已知板長L＝10cm，間距d＝2cm，當AB間電壓在

范圍內時，此帶電粒子能從板間飛出。v0++