lrh带电粒子在电场中的运动ppt课件

1、1 1962年加利福尼亚直线加速器中心成立后，开始建造2英里长(约3200米)的直线加速器和实验区。1966年该加速器投入运行，物理实验开始。该中心的科学家们用加速器产生的电子来探索质子和中子的结构，发现了质子中称为“夸克”的新的更小的粒子。为此，物理学家JeromeFriedman，HenryKendall和RichardTaylor1990年诺贝尔物理奖。2医疗上用于监测心、脑电波的仪器医疗上用于监测心、脑电波的仪器3一、带电粒子在电场中的加速一、带电粒子在电场中的加速 问题问题1 1：如图所示，在真空中有一对平行金属板，两：如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压板间加以电压U

2、 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。的带电粒子。在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？运动，到达负板时的速度有多大？( (不考虑粒子的重不考虑粒子的重力力, ,设板间距为设板间距为d d，粒子的质量为，粒子的质量为mm）qUm+_带电粒子的加速带电粒子的加速 d d4qUm+_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: : 电荷受水平向右的电场力电荷受水平向右的电场力F F2 2、运动分析、运动分析: :电荷做初速度为零，加速度为电荷做初速度为零，加速度为a a的的向

3、右匀加速直线运动。向右匀加速直线运动。解法一运用运动学知识求解解法一运用运动学知识求解mqUdmdqUadv22202mqUv2解法二运用动能定理求解解法二运用动能定理求解maqdUEqFmdqUa 221mvqUmqUv2axvvt2220解法二的优点解法二的优点：（：（1 1）计算比较简单；（）计算比较简单；（2 2）不仅可以不仅可以解决匀强电场问题，还可以解决非匀强电场问题。解决匀强电场问题，还可以解决非匀强电场问题。5解：根据动能定理：解：根据动能定理：221mveU smsmmeUv/100 . 3/109 . 02500106 . 12273019解出速度解出速度V V并代入已知数

4、据，得：并代入已知数据，得：( (已知电子电量已知电子电量e=1.6e=1.61010-19 -19 C C电子质量电子质量 m=0.9m=0.91010-30-30kgkg ) )6二、带电粒子在电场中的偏转二、带电粒子在电场中的偏转 问题问题2 2：如图所示，在真空中水平放置一对金属板：如图所示，在真空中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。在两板间加以电压间加以电压U U，一电荷量为，一电荷量为q q质量为质量为mm的带电粒子从极板中央以水平速度的带电粒子从极板中央以水平速度v v0 0射入射入电场。试求带电粒子在电场中沿电场。试求带电粒子在电场中沿Y

5、 Y方向偏转的距离和偏转角度。方向偏转的距离和偏转角度。( (不计粒子的重力不计粒子的重力) )71. 1.受力分析：粒子受到竖直向下的静电力受力分析：粒子受到竖直向下的静电力F FEq=qU/d=maEq=qU/d=ma2 2. .运动规律分析运动规律分析: :粒子作类平抛运动粒子作类平抛运动。3 3、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：202202221mdvqULvLmdqUy0vLmdqUvy20mdvqUL0tanvvyv v y y v v0 0vy F F解析：解析：x x方向：匀速直线运动方向：匀速直线运动0vvxtvL0Y Y方向：加速度为方向：加速度为

6、 的匀加速直线运动。的匀加速直线运动。mdqUa8二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转 解：电子在电场中做类平抛运动，所以：解：电子在电场中做类平抛运动，所以：代入已知数据，得：代入已知数据，得：y=0.36cmy=0.36cmmdeUmeEmFa202)(2121vlmdeUatytvl00vlmdeUatvy200tanmdveUlvvy代入已知数据，得：代入已知数据，得：tan0.1185 tan0.1185 6.86.8( (已知电子电量已知电子电量e=1.6e=1.61010-19 -19 C C ，电子质量，电子质量 m=0.9m=0.91010-30-30 kg) kg)9v v

7、v v0 0v vy yy问题问题3 3：让一价氢离子（：让一价氢离子（q q1=e, m=e, m1=m=mH）、一价氦离子（）、一价氦离子（q q2=e, m=e, m2=4m=4mH）和二价氦离子）和二价氦离子（q q3=2e, m=2e, m3=4m=4mH）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）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粒子束？请通过计算说明。为三股粒子束？请通过计算说明。02012

8、1kEmvqU122202242dULUvLmdqUy12202tandULUmdvLqU答案：答案：在通过加速电场时获得的动能不相同，因为它们带电量不同。在通过加速电场时获得的动能不相同，因为它们带电量不同。粒子的偏转量和粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定，与它们的质量、电荷量都没有关系，所以三种粒偏转角由加速电场和偏转电场决定，与它们的质量、电荷量都没有关系，所以三种粒子不可能分开为三股。子不可能分开为三股。10v vv v0 0v vy yy变式练习变式练习1 1：让具有相同初速度的一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经：让具有相同初速度的一价氢离子、一价氦离子和二价氦离

9、子的混合物经过同一偏转电场它们是否会分为三股？过同一偏转电场它们是否会分为三股？122202242dULUmdvLqUy0224kdELqUy 变式练习变式练习2 2：如果将相同初速度改为相同初动能又会怎么样？：如果将相同初速度改为相同初动能又会怎么样？20222mdvLqUy 会分为三束会分为三束氢离子与一价氦一价氦离子不会分离，离子不会分离，它们会跟二价氦它们会跟二价氦离子分离。离子分离。112 2、组成：示波管（内部是真空的）、电子枪、偏转电极和、组成：示波管（内部是真空的）、电子枪、偏转电极和 荧光屏组成。荧光屏组成。1 1、作用：观察电信号随时间变化的情况、作用：观察电信号随时间变化

10、的情况三、示波管的原理三、示波管的原理产生高速飞行的产生高速飞行的电子束电子束待显示的电压待显示的电压信号信号锯齿形扫描电锯齿形扫描电压压使电子沿使电子沿Y Y方向方向偏移偏移使电子沿使电子沿x x方向方向偏移偏移3、原理：原理：124 4、如果在、如果在YYYY之间加如图所示的交变电压，同时在之间加如图所示的交变电压，同时在XXXX之间加锯齿形扫描电之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？压，在荧光屏上会看到什么图形？XYOA B CD E FA B CD E FABOCt1DEFt2三、示波管的原理三、示波管的原理13变式练习：变式练习：如果在示波管的如果在示波管的YYYY之间加如

11、图所示的交变电压，同时在之间加如图所示的交变电压，同时在XXXX之间加如图之间加如图所示的锯齿形电压，使所示的锯齿形电压，使X X的电势比的电势比XX高，在荧光屏上会看到什么图形？高，在荧光屏上会看到什么图形？0tt0tt1 1t t1 1tttt2 2XYO14课堂小结：课堂小结：一、利用电场一、利用电场使带电粒子加使带电粒子加速速二、利用电场使二、利用电场使带电粒子偏转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类似平抛运动的分析方动的分析方法法粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做初速度为零的匀加速运动mqUdm