带电粒子在电场中的运动(1).ppt

《带电粒子在电场中的运动(1).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《带电粒子在电场中的运动(1).ppt（23页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、仪器名称：示波器仪器名称：示波器 型型 号：号：COS5100系统运行时，数以系统运行时，数以1010亿计的电子就亿计的电子就将从这条加速管中以接近光速冲进将从这条加速管中以接近光速冲进储存环中发生碰撞储存环中发生碰撞 北京正负电子对撞机加速器的北京正负电子对撞机加速器的起点起点 1.8 1.8 带电粒子在电场中带电粒子在电场中的运动的运动一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速 如图所示，在真空中有一对如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电平行金属板，两板间加以电压压U U。两板间有一带正电荷。两板间有一带正电荷q q的带电粒子。它在电场力的的带电粒子。它在电场力的作用下，由作用下，由

2、静止静止开始从正极开始从正极板向负极板运动，到达负板板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？时的速度有多大？( (不考虑粒不考虑粒子的重力子的重力）qUm+_带电粒子的加速带电粒子的加速 d d+ +_UUE加速加速匀速匀速匀速匀速+qmV0V=?一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速qUm+_带电粒子的加速带电粒子的加速 d d1 1、受力分析、受力分析: : 水平向右的电场力水平向右的电场力 F FEq=qU/dEq=qU/dF F2 2、运动分析、运动分析: :初速度为零，加速度初速度为零，加速度为为a=qU/mda=qU/md的向右的向右匀匀加速直线运动加速直线运动。解法一运用运动学知识

3、求解解法一运用运动学知识求解mqUdmdqUadv2222mqUv2解法二运用能量知识求解解法二运用能量知识求解mqUvmvqU2212思考题思考题 如两极板间不是匀强电场该如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？用何种方法求解？为什么？ 由于电场力做功与场强是由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法仍适用！无关，第二种方法仍适用！ 例题例题1：实验表明，炽热的金属丝可以发射电：实验表明，炽热的金属丝可以发射电子。在炽热金属丝和金属板间加以电压子。在炽热金属丝和金属板间加以电压U=2500V，从炽热金属丝发射出的电子在真空，从炽热金属丝发射

4、出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出。电子射出中被加速后，从金属板的小孔穿出。电子射出后的速度有多大？后的速度有多大？设电子刚从金属丝射出时的设电子刚从金属丝射出时的速度为零。速度为零。电子的质量为电子的质量为0.9110-30 kg，电子的电荷量电子的电荷量e=1.610-19 C两板的距离为两板的距离为20cm30300.9 10109 10GmgN 191525001.6 102 100.2FqEN 带电粒子：质子，电子，带电粒子：质子，电子， 粒子等无特殊说明都不计重粒子等无特殊说明都不计重力，但不能忽略质量。力，但不能忽略质量。 结论：结论：由于电场力做功与场强是否由于电场力

5、做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的以在处理电场对带电粒子的加速加速问问题时，一般都是利用题时，一般都是利用动能定理动能定理进行进行处理。处理。如图所示，在如图所示，在P板附近有一电子由静止开始向板附近有一电子由静止开始向Q板运动，板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是：则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是：( )A.两板间距越大，加速的时间越长两板间距越大，加速的时间越长B.两板间距离越小，加速度就越大，两板间距离越小，加速度就越大，则电子到达则电子到达Q板时的速度就越大板时的速度就越大C.电子到达电子到

6、达Q板时的速度与板间距板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压有关离无关，仅与加速电压有关D.电子的加速度和末速度都与板间电子的加速度和末速度都与板间距离无关距离无关AC 二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转 UL L+-Y dY Y 如图所示，在真空中如图所示，在真空中水平放置一对金属板水平放置一对金属板Y Y和和Y Y，板间距离为，板间距离为d d。在两板间加以电压在两板间加以电压U U，一电荷量为一电荷量为q q质量为质量为mm的带电粒子从极板的带电粒子从极板中央以水平速度中央以水平速度v v0 0射射入电场。试分析带电入电场。试分析带电粒子在电场中的运动粒子在电场中的运动情况。情况。(

7、(不计粒子的重力不计粒子的重力) )v0 q q d+- lv0d-qvv0vyS1.粒子穿越电场的时间粒子穿越电场的时间t=? 2.粒子离开电场的速度粒子离开电场的速度V=？ 3.粒子离开电场时的偏角粒子离开电场时的偏角=？ 4.沿垂直于板面方向偏移的距离沿垂直于板面方向偏移的距离=？5.S =?1 1、受力分析：粒子受到竖直向下的、受力分析：粒子受到竖直向下的电场力电场力F FEq=qU/dEq=qU/d。2 2、运动规律分析、运动规律分析: :粒子作粒子作类平抛类平抛运动运动。v v+ + + + + +- - - - - -v0Y dUY Y q q L Lx x方向：方向：匀速直线运

8、动匀速直线运动Y Y方向：加速度为方向：加速度为mdqUa y y v v0 0vy v v v v0 0vy 3 3、x x方向方向L4 4、y y方向方向 xvyvy5 5、离开电场时的偏转角度的正切：、离开电场时的偏转角度的正切：F Ftv020221vLmdqU0v0vLmdqU200mdvqULvvytan22o1122VqulYamtd侧移量侧移量偏转角度偏转角度20tanyxqvulvd m v类平抛运动类平抛运动两个相同极板两个相同极板Y和和Y的长度的长度L=6.0cm,相距相距d=2cm,极板间电压极板间电压U=200v,电子沿着水平方向电子沿着水平方向的速度的速度v=3.0

9、107m/s,求求:电子测移和偏转角电子测移和偏转角结论：结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强电场的问题就是一个强电场的问题就是一个类平抛类平抛的问题。的问题。粒子在与电场垂直的方向上做粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做粒子在与电场平行的方向上做初速为零的匀加初速为零的匀加速运动速运动+-vv0vyy+_U1U2v0 L LmqUv102122202242dULUvLmdqUy12202tandULUmdvLqU-qm三、三、 加速和偏转一体加速和偏转一体思考题：思考题：让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合

10、物经过让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，在通过加速电场时获得的动能是否相同？通过偏偏转，在通过加速电场时获得的动能是否相同？通过偏转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。答案：答案：通过加速电场时获得的动能通过加速电场时获得的动能E Ek k=qUqU, ,加速电加速电压相同，二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子压相同，二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子获得动能最大。获得动能最大。 粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电粒子的偏转量和

11、偏转角由加速电场和偏转电场决定，所以三种粒子不可能分开为三股。场决定，所以三种粒子不可能分开为三股。四、示波器四、示波器 1 1、作用作用：观察电信号随时间变化的情况：观察电信号随时间变化的情况2 2、组成组成：示波管（内部是真空的）、电子枪、偏：示波管（内部是真空的）、电子枪、偏 转电极和荧光屏组成。转电极和荧光屏组成。3、原理原理（1 1）、偏转电极不加电压：从电子枪射出的电）、偏转电极不加电压：从电子枪射出的电子将沿直线运动，射到荧光屏的中心点形成一个子将沿直线运动，射到荧光屏的中心点形成一个亮斑。亮斑。（2 2）、仅在）、仅在XXXX1 1（或（或YYYY1 1）加电压若所加电压）加电

12、压若所加电压稳稳 定，则电子流被加速、偏转后射到定，则电子流被加速、偏转后射到XXXX1 1（或（或YYYY1 1）所在直线上某一点，形成一个亮斑（不在）所在直线上某一点，形成一个亮斑（不在中心）。中心）。电子枪电子枪荧光屏荧光屏偏转电极偏转电极+ +- -X XX X、y y、y yX XX X、y y、y y亮斑亮斑如果在偏转电极如果在偏转电极XXXX、YYYY上不加电压，电子如何运动？如上不加电压，电子如何运动？如果在偏转电极果在偏转电极XXXX上不加电压，偏转电极上不加电压，偏转电极YYYY上加电压电子上加电压电子又如何运动？又如何运动？三、示波管原理三、示波管原理+-vv0vyy+_

13、U1U2v0 L LmqUv102122202242dULUvLmdqUy12202tandULUmdvLqU-qm加速和偏转一体加速和偏转一体在右图中设加速电压为在右图中设加速电压为U U，电子电量为电子电量为e e质量为质量为mm。由由W= W= E EK K ，若电压按正弦规律变化，如若电压按正弦规律变化，如U=UU=Ummsint,sint,偏移也将按正弦规律变化，即这斑在水偏移也将按正弦规律变化，即这斑在水平方向或竖直方向做简谐运动平方向或竖直方向做简谐运动课堂小结：课堂小结：一、利用电场使带电粒子加速一、利用电场使带电粒子加速二、二、利用电场使带电粒子偏转利用电场使带电粒子偏转从动力学和运动学角度分析从动力学和运动学角度分析从做功和能量的角度分析从做功和能量的角度分析类似平抛运动类似平抛运动的分析方法的分析方法粒子在与电场垂直的方向上做粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做粒子在与电场平行的方向上做初速度为零的匀加速运动初速度为零的匀加速运动