高中物理《帶電粒子在電場中運(yùn)動》課件七（23張PPT）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 儀器名稱 示波器型號 COS5100 系統(tǒng)運(yùn)行時 數(shù)以10億計的電子就將從這條加速管中以接近光速沖進(jìn)儲存環(huán)中發(fā)生碰撞 北京正負(fù)電子對撞機(jī)加速器的起點 1 8帶電粒子在電場中的運(yùn)動 一 帶電粒子的加速 如圖所示 在真空中有一對平行金屬板 兩板間加以電壓U 兩板間有一帶正電荷q的帶電粒子 它在電場力的作用下 由靜止開始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動 到達(dá)負(fù)板時的速度有多大 不考慮粒子的重力 qmV0 V 一 帶電粒子的加速 1 受力分析 水平向右的電場力F Eq qU d 2 運(yùn)動分析 初速度為零 加速度為a qU md的向右勻加速直線運(yùn)動 解法一運(yùn)用運(yùn)動學(xué)知識求解 解法二運(yùn)用能量知識求解 思考題 如兩極板間不是勻強(qiáng)電場該用何種方法求解 為什么 由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān) 與運(yùn)動路徑也無關(guān) 第二種方法仍適用 例題1 實驗表明 熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子 在熾熱金屬絲和金屬板間加以電壓U 2500V 從熾熱金屬絲發(fā)射出的電子在真空中被加速后 從金屬板的小孔穿出 電子射出后的速度有多大 設(shè)電子剛從金屬絲射出時的速度為零 電子的質(zhì)量為0 91 10 30kg 電子的電荷量e 1 6 10 19C兩板的距離為20cm 帶電粒子 質(zhì)子 電子 粒子等無特殊說明都不計重力 但不能忽略質(zhì)量 結(jié)論 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(jìn)行處理 如圖所示 在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運(yùn)動 則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動情況 下列敘述正確的是 A 兩板間距越大 加速的時間越長B 兩板間距離越小 加速度就越大 則電子到達(dá)Q板時的速度就越大C 電子到達(dá)Q板時的速度與板間距離無關(guān) 僅與加速電壓有關(guān)D 電子的加速度和末速度都與板間距離無關(guān) AC 二 帶電粒子的偏轉(zhuǎn) d q S 1 粒子穿越電場的時間t 2 粒子離開電場的速度V 3 粒子離開電場時的偏角 4 沿垂直于板面方向偏移的距離 5 S 1 受力分析 粒子受到豎直向下的電場力F Eq qU d 2 運(yùn)動規(guī)律分析 粒子作類平拋運(yùn)動 x方向 勻速直線運(yùn)動Y方向 加速度為的勻加速直線運(yùn)動 3 x方向 4 y方向 5 離開電場時的偏轉(zhuǎn)角度的正切 側(cè)移量 偏轉(zhuǎn)角度 粒子好象是從入射線中點直接射出來的 類平拋運(yùn)動 兩個相同極板Y和Y 的長度L 6 0cm 相距d 2cm 極板間電壓U 200v 電子沿著水平方向的速度v 3 0 107m s 求 電子測移和偏轉(zhuǎn)角 結(jié)論 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類平拋的問題 粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動粒子在與電場平行的方向上做初速為零的勻加速運(yùn)動 v0 vy y 三 加速和偏轉(zhuǎn)一體 思考題 讓一價氫離子 一價氦離子和二價氦離子的混合物經(jīng)過同一加速電場由靜止開始加速 然后在同一偏轉(zhuǎn)電場里偏轉(zhuǎn) 在通過加速電場時獲得的動能是否相同 通過偏轉(zhuǎn)電場時 它們是否會分為三股 請說明理由 答案 通過加速電場時獲得的動能Ek qU 加速電壓相同 二價氦離子電荷量最大 所以二價氦離子獲得動能最大 粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場和偏轉(zhuǎn)電場決定 所以三種粒子不可能分開為三股 四 示波器 1 作用 觀察電信號隨時間變化的情況 2 組成 示波管 內(nèi)部是真空的 電子槍 偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成 3 原理 1 偏轉(zhuǎn)電極不加電壓 從電子槍射出的電子將沿直線運(yùn)動 射到熒光屏的中心點形成一個亮斑 2 僅在XX1 或YY1 加電壓 若所加電壓穩(wěn)定 則電子流被加速 偏轉(zhuǎn)后射到XX1 或YY1 所在直線上某一點 形成一個亮斑 不在中心 電子槍 熒光屏 如果在偏轉(zhuǎn)電極XX YY 上不加電壓 電子如何運(yùn)動 如果在偏轉(zhuǎn)電極XX 上不加電壓 偏轉(zhuǎn)電極YY 上加電壓電子又如何運(yùn)動 三 示波管原理 v0 vy y 加速和偏轉(zhuǎn)一體 在右圖中設(shè)加速電壓為U 電子電量為e質(zhì)量為m 由W EK 若電壓按正弦規(guī)律變化 如U Umsin t 偏移也將按正弦規(guī)律變化 即這斑在水平方向或豎直方向做簡諧運(yùn)動 課堂小結(jié) 一 利用電場使帶電粒子加速 二 利用電場使帶電粒子偏轉(zhuǎn) 從動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)角度分析 從做功和能量的角度分析 類似平拋運(yùn)動的分析方法 粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動 粒子在與電場平行的方向上做初速度為零的勻加速運(yùn)動 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全