《带电粒子在电场中的运动》课件.pptx

《《带电粒子在电场中的运动》课件.pptx》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》课件.pptx（34页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第一章第一章 静电场静电场第九节 带电粒子在电场中的运动大型粒子对撞机1.带电粒子带电粒子在电场中要受到哪些力的作用？在电场中要受到哪些力的作用？2.对于像对于像电子、电子、质质子、子、粒子、离子等粒子、离子等带电带电微粒微粒在电在电场中运动时，我们怎样处理它们的受力？场中运动时，我们怎样处理它们的受力？通常通常要受到要受到重力和电场力重力和电场力 电子、电子、质质子、子、粒子、粒子、离子等离子等带电微粒所受重力一般远带电微粒所受重力一般远小于电场力，小于电场力，重力可以忽略重力可以忽略。重力势能就可以不考虑。但。重力势能就可以不考虑。但带电物体：如带电物体：如带电小球、液滴、尘埃等带电小球、

2、液滴、尘埃等。除非有说明或明。除非有说明或明确的暗示以外，确的暗示以外，一般都考虑重力一般都考虑重力。3.带电粒子带电粒子在电场中运动时，电场力对粒子的运动有在电场中运动时，电场力对粒子的运动有什么效果？什么效果？带电粒子带电粒子在电场中运动时，所受电场力对粒子产生加在电场中运动时，所受电场力对粒子产生加速度，改变粒子的速度。电场力（合外力）对粒子做功，速度，改变粒子的速度。电场力（合外力）对粒子做功，改变粒子的动能改变粒子的动能。4.带电粒子带电粒子在均强电场中运动时，运动有什么在均强电场中运动时，运动有什么特点？特点？带电粒子带电粒子在均强电场中运动时，所在均强电场中运动时，所受电场力是恒

3、力受电场力是恒力,产产生恒定的加速度，所以带电粒子在均强电场中的运动跟物生恒定的加速度，所以带电粒子在均强电场中的运动跟物体在重力场中的体在重力场中的自由落体和抛体运动自由落体和抛体运动相似相似。研研究究带带电电粒粒子子运运动动的的主主要要理理论论方方法法电场电场力力 F=qEF=qE加速度加速度 a=F/ma=F/m电场力的电场力的功功 W=qUW=qU 二、带电粒子在电场中的偏转二、带电粒子在电场中的偏转一、带电粒子在电场中的加速一、带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中带电粒子在电场中的的两两类类基本基本运动运动+_UE加加加加 速速速速匀匀匀匀 速速速速+q、m、v=?一、一、带电粒子

4、的带电粒子的加速加速qUm+_带电粒子的带电粒子的带电粒子的带电粒子的加速过程加速过程加速过程加速过程 d1.受受力分析力分析:F F2.运动运动分析分析:初初速速度度为为零零，加加速速度度为为a=qU/md的的向向右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求解解法一运用运动学知识求解水平向右的电场水平向右的电场力力F Eq=qU/dqUm+_带电粒子的带电粒子的带电粒子的带电粒子的加速过程加速过程加速过程加速过程 d1.受受力分析力分析:F F2.能量转化能量转化:电势能转化为动能电势能转化为动能粒子加速后的速度只与加速电压有关粒子加速后的速度只与加速电压有关水平向右的电场水平

5、向右的电场力力F Eq=qU/d解法二解法二运用能量知识运用能量知识求解求解如如两两极极板板间间不不是是匀匀强强电电场场该该用用何何种种方方法求解？为什么？法求解？为什么？由于由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法无关，第二种方法仍仍适用。适用。若若粒子的初速度为粒子的初速度为零零,则则:若若粒子的初速度不为粒子的初速度不为零零,则则:例例1.炽热的金属丝可以发射电子。两边炽热的金属丝可以发射电子。两边加以电压加以电压 U=2500 V，电子初速度为，电子初速度为 0，求电子求电子穿出时的穿出时的速度速度。粒子做匀减速直线运动粒

6、子做匀减速直线运动1.若若带正电粒子带正电粒子以以v 0 从从负板向正板运动负板向正板运动，粒子，粒子运运动动情况如何？情况如何？2.若若粒子以粒子以初速度初速度 v0 沿沿垂直垂直场强方向进入电场场强方向进入电场，离子离子的运动情况如何？的运动情况如何？粒子做类平抛运动粒子做类平抛运动 +-lv0 0d-qvv0 0vyx二二、带带电电粒粒子子在在电电场场中中的的偏偏转转类平抛运动偏转角偏转角偏转角偏转角侧移侧移侧移侧移1.粒子粒子穿越电场的穿越电场的时间时间 t 为多少？为多少？2.粒子粒子离开离开电场时的速度电场时的速度 v 多大？多大？3.粒子粒子离开电场时的离开电场时的偏角偏角 多大

7、？多大？4.沿沿垂直于板面方向偏移的垂直于板面方向偏移的距离为多少？距离为多少？5.x 呢呢？与粒子与粒子比荷比荷 q/m 成正比成正比与粒子与粒子初速度初速度 v0平方成反比平方成反比与电场的与电场的属性属性 U、l、d 有关有关与粒子与粒子比荷比荷 q/m 成正比成正比与粒子与粒子初速度初速度 v0 平方平方成反比成反比与电场的与电场的属性属性 U、l、d 有关有关推推推推论论论论:粒粒子子从从偏偏转转电电场场中中射射出出时时,其其速速度度反反向向延延长长线线与与初初速度方向交一点速度方向交一点,此点平分沿初速度方向的此点平分沿初速度方向的位移。位移。L L三、三、加速和偏转一体加速和偏转

8、一体+-vv0vy+_U1U2v0-qmy 让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物让一价氢离子、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偏转，在通过加速电场时获得的动能是否相同？通场里偏转，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。过偏转电场时，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,加速电压相加速电压相同，二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子获得动同，二价氦离子电荷量最大，所以二价

9、氦离子获得动能最大。能最大。粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定，粒子的偏转量和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。所以三种粒子不可能分开为三股。vvyy L L+-v0+-U1U2v0-qm1.如如图，电子在电势差图，电子在电势差为为 U1 的的加速电场加速电场中，由中，由静止开始加静止开始加速，然后射入电势差速，然后射入电势差为为 U2 的的两块平行极板间的电场中，入射两块平行极板间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。在满方向跟极板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能足电子

10、能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转使电子的偏转角角 变变大的是大的是（）A.U1 变变大、大、U2 变变大大 B.U1 变变小、小、U2 变变大大 C.U1 变变大、大、U2 变变小小 D.U1 变变小、小、U2 变变小小解析：对解析：对加速过程由动能定理：加速过程由动能定理：对偏转过程由偏转角正切公式：对偏转过程由偏转角正切公式：示波器示波器示波器示波器 示波器图象示波器图象示波器图象示波器图象电子枪电子枪电子枪电子枪偏转电极偏转电极偏转电极偏转电极-+荧光屏荧光屏荧光屏荧光屏Y YYX三、示波管的原理三、示波管的原理XXXY YY产生产生高速高速飞飞行的行的电子束电

11、子束锯齿形锯齿形扫扫描电压描电压使电子使电子沿沿Y方向方向偏移偏移待显示待显示的电的电压信号压信号使电子使电子沿沿X方向方向偏移偏移 如果如果在在电极电极 XX 之间之间不加电压，而不加电压，而在在 YY 之间之间加加不变电压不变电压不变电压不变电压，使使 Y Y 的的的的电势电势电势电势比比比比 Y Y 高高高高，电子将打在荧，电子将打在荧光屏的什么位置？光屏的什么位置？-+XXXXY YYYY Y电子枪电子枪电子枪电子枪偏转电极偏转电极偏转电极偏转电极荧光屏荧光屏荧光屏荧光屏 如果如果在在电极电极 XX 之间之间不加电压，而不加电压，而在在 YY 之间之间加加不变电压不变电压不变电压不变电

12、压，使使 Y Y 的的的的电势电势电势电势比比比比 Y Y 高高高高，电子将打在荧，电子将打在荧光屏的什么位置？光屏的什么位置？-+XXXXY YYYY Y电子枪电子枪电子枪电子枪偏转电极偏转电极偏转电极偏转电极荧光屏荧光屏荧光屏荧光屏 如果在如果在 XX 之间之间不加电压，而不加电压，而在在 YY 之间加之间加按图示按图示按图示按图示的规律变化的电压的规律变化的电压的规律变化的电压的规律变化的电压，在荧光屏会看到的什么样的图形，在荧光屏会看到的什么样的图形？XXY YYUYtO 如果在如果在 XX 之间之间不加电压，而不加电压，而在在 YY 之间加之间加按图示按图示按图示按图示的规律变化的电

13、压的规律变化的电压的规律变化的电压的规律变化的电压，在荧光屏会看到的什么样的图形，在荧光屏会看到的什么样的图形？UYtO Y 随随信号电压同步变化，但由于视觉暂留和荧光物信号电压同步变化，但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，只能看到质的残光特性，只能看到一条竖直的亮一条竖直的亮一条竖直的亮一条竖直的亮线线线线。示波器图象示波器图象示波器图象示波器图象-+XXXXY YYYY Y电子枪电子枪电子枪电子枪偏转电极偏转电极偏转电极偏转电极荧光屏荧光屏荧光屏荧光屏 如果如果在在电极电极 YY 之间之间不加电压，而不加电压，而在在 XX 之间之间加加不变电压不变电压不变电压不变电压，使使 X X 的的的

14、的电势电势电势电势比比比比 X X 高高高高，电子将打在荧，电子将打在荧光屏的什么位置？光屏的什么位置？-+XXXXY YYYY Y电子枪电子枪电子枪电子枪偏转电极偏转电极偏转电极偏转电极荧光屏荧光屏荧光屏荧光屏 如果如果在在电极电极 YY 之间之间不加电压，而不加电压，而在在 XX 之间之间加加不变电压不变电压不变电压不变电压，使使 X X 的的的的电势电势电势电势比比比比 X X高高高高，电子将打在荧，电子将打在荧光屏的什么位置？光屏的什么位置？UXt扫描电压扫描电压扫描电压扫描电压 可知，若可知，若 XX 所所加的电压为特定的周期性变化加的电压为特定的周期性变化电压，电压，则则亮斑在水平

15、方向来回亮斑在水平方向来回运动一一扫描运动一一扫描，如果，如果扫描电压变扫描电压变扫描电压变扫描电压变化很快化很快化很快化很快，亮斑看起来为一条，亮斑看起来为一条水平的亮水平的亮水平的亮水平的亮线线线线。示波器图象示波器图象示波器图象示波器图象OXXY YY 如果在如果在 YYYY 之间之间加如图所示的加如图所示的交变电压交变电压交变电压交变电压，同时，同时在在 XXXX 之间之间加加锯齿形扫描电压锯齿形扫描电压锯齿形扫描电压锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么，在荧光屏上会看到什么图形？图形？ABCDFABCt1DEFt2XXY YYtOUYUXOtABCDEEFt2t1t2t1 如果如果信

16、号电压是周期性的，并信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定一个周期内随时间变化的稳定图象图象。示波器图象示波器图象示波器图象示波器图象tOUYUXOtXXY YY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、利用电场使带电粒子偏转二、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的分析方法类似平抛运动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

17、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1.偏转电极偏转电极不加电压时：从电子枪射出的电子将沿直线运动不加电压时：从电子枪射出的电子将沿直线运动，射射到荧光屏的心点形成一个亮到荧光屏的心点形成一个亮斑。斑。2.在在 XX(或或 YY)加加电压时：若所加电压稳定，则电子被加速电压时：若所加电压稳定，则电子被加速，偏转后射到，偏转后射到 XX(或或 YY)所在所在直线上某一点，形成一个亮直线上某一点，形成一个亮斑斑(不在中心不在中心)。3.示波管示波管实际工作时，竖直偏转板和水平偏转板都加上电压。实际工作时，竖直偏转板和水平偏转板都加上电压。一般地，加在竖直偏转板上的电压是要研究的信号电压，加在一般地，加在竖直偏转板上的电压是要研究的信号电压，加在水平偏转板上的电压是扫描电压，若两者周期相同，在荧光屏水平偏转板上的电压是扫描电压，若两者周期相同，在荧光屏上上 就会显示出信号电压在一个周期内随时间变化的波形图。就会显示出信号电压在一个周期内随时间变化的波形图。示波管的主要工作示波管的主要工作示波管的主要工作示波管的主要工作原理原理原理原理