带电粒子在匀强电场中加速运动.PPT

7-7 电荷在电场中的运动 现象与思考 带电粒子在电场中的加速 带电粒子在电场中的偏转 现象与思考 1.带电粒子在电场中要受到电场力的作用。产生加速度，粒子的速度大小和方向都可能发生变化。 2.在现代科学技术中常利用电场来控制电荷，使其在电场中加速或偏转。 3.怎样实现对电荷的控制让它按照人们的要求在电场中运动呢？ 一、带电粒子在电场中的加速 带电粒子在匀强电场中加速（动画） 真空中有一对带电平行金属板形成的匀强电场 E。设一质量为 m、电荷量为 –q 的带电粒子由负极板中间小孔以初速度 v0 水平进入电场，在电场力作用下速度越来越大，最后一速度 v 由正极板小孔射出电场。（动画）带电粒子在匀强电场中加速运动。 忽略带电粒子所受重力，带电粒子只受电场力作用。由动能定理得 qU = 1 2 mv2 1 2 mv02 - —— —— 上式说明电场力对带电粒子做功，增加了它的动能。这是阴极射线管、显像管、电子显微镜等电子仪器中电子枪的工作原理。 二、带电粒子在电场中的偏转 图7.7-1是喷墨打印机结构简图。 墨汁微滴半径约 10-8 m（墨盒A每秒可射出 106个微滴，每个字母约需百余滴），墨滴途径带电室 B 时被带上负电，带电多少由计算机按字母笔画高低位置输入信号加以控制。 带电后的墨滴沿垂直于电场方向进入偏转电极D 的匀强电场中，由电场按带电荷量的多少施加不同的电场力，使其偏转，沿不同方向射出电场，打到后面的打印纸 E 上，显示出字迹。 无信号输入时，墨滴沿直线通过电场而注入 回流槽 F 里回流到墨盒。 1.工作原理 设两平行偏转电极间距离为 d，并接在电压为U的电源上。墨汁微滴质量为 m，电荷量为 -q，以初速度 v0 由带电室垂直射入匀强电场中。若忽略它的重力，带电墨汁微滴在长为l的匀强电场中只受与 v0 方向垂直、竖直向上的电场力作用，因而发生偏转。 墨汁微滴在电场中的运动类似于平抛运动：水平方向以速度 v0 做匀速这些运动；竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，其加速度由电场力产生。忽略重力和空气阻力，不计偏转电极边缘电场不均匀的影响，电荷刚射出匀强电场时，在竖直方向偏转的距离为 y = _______ 2mdν02 qU l2 雷达、示波器等仪器中电子射线管的偏转电极就是根据这一原理设计的。 带电粒子在电场中的加速和偏转，在电子射线管中得到充分利用。图 7.7-2 是电子射线管结构示意图 2.应用 图 7.7-2 电子射线管结构示意图 它主要由电子枪(K,A、)水平偏转电极（X,X′）、竖直偏转电极（Y,Y′)和荧光屏等部分组成，这些元件装在真空玻璃管内。 电子枪由热阴极 K和中间带孔的阳极 A 组成，当阴极被加热至炽热状态时逸出的电子在 K、A间强电场作用下，会聚加速后由电子枪射出一束很细的高速电子流，打在荧光屏上产生一个亮点。 若给水平偏转电极 X、X′ 加上交流偏转电压，电子束在水平方向移动来回移动，在荧光屏上形成一条水平亮线。 若同时给竖直偏转电极 Y、Y′ 加上交流电压，电子束在水平方向来回移动的同时，又在竖直方向往复运动，荧光屏上就会出现由电子射线扫描的交流电压的波形。 医院里利用示波器显示心脏跳动时心脏表面和心脏层间电压的变化波形，检查心脏健康状态。如果用图形信号控制电子射线管的电极，就会在荧光屏上显示出图形来。 练习 带电粒子在电场中为什么能被加速？ 　　答：带电粒子在电场中受到的电场力的作用，由于受力方向和速度方向相同，电场力对带电粒子做正功，增加其动能，所以带电粒子速度越来越大，也就是说带电粒子被加速了。