带电粒子在电场中的运动[1].ppt

1、水西中学高二物理 佐尔,1.9 带电粒子在电场中的运动,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RichardTaylor荣获1990年诺贝尔物理奖。,简要介绍,导语:带电粒子在电场中受到电场力作用,所以产生加速度,速度的大小和方向都可能发生变化.利用电场来改变或控制带电粒子的运动,是在电子仪器设备中常用的方法和手段对带电粒子在

2、电场中的运动，从受力的角度来看，遵循牛顿运动定律，从做功的角度来看，遵循能的转化和守恒定律一般情况下，电场对带电粒子的作用比较复杂，但离不开两种最基本的作用：一是使带电粒子加速，二是使带电粒子偏转,医疗上用于监测心、脑电波的仪器,电场中的带电粒子一般可分为两类：,1、带电的基本粒子：如电子，质子，粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比小得多，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）,2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除有说明或暗示外,一般都考虑重力。,一、带电粒子在电场中的加速,问题1：如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U。两板间有一带正电荷q的带电粒子。在电场力的

3、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？(不考虑粒子的重力,设板间距为d，粒子的质量为m）,1、受力分析:,电荷受水平向右的电场力,2、运动分析:电荷做初速度为零，加速度为a的向右匀加速直线运动。,解法一运用运动学知识求解,解法二运用动能定理求解,解法二的优点：（1）计算比较简单；（2）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：根据动能定理：,解出速度V并代入已知数据，得：,(已知电子电量e=1.610-19 C 电子质量 m=0.910-30kg ),由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法仍适用！,若粒子的初速度为零,则:,若粒

4、子的初速度不为零,则:,结论： 由于电场力做功，与电场是否匀强无关,与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的加速问题时，一般都是利用动能定理进行处理。,二、带电粒子在电场中的偏转,问题2：如图所示，在真空中水平放置一对金属板Y和Y，板间距离为d。在两板间加以电压U，一电荷量为q质量为m的带电粒子从极板中央以水平速度v0射入电场。试求带电粒子在电场中沿Y方向偏转的距离和偏转角度。(不计粒子的重力),实验录像：用阴极射线管演示带电粒子在电场中的偏转,1.受力分析：粒子受到竖直向下的静电力FEq=qU/d=ma,2.运动规律分析:粒子作类平抛运动。,3、离开电场时的偏转角度的正切：,解析：,x方

5、向：匀速直线运动,Y方向：加速度为 的匀加速直线运动。,二、带电粒子的偏转,解：电子在电场中做类平抛运动，所以：,代入已知数据，得：y=0.36cm,代入已知数据，得：tan0.1185 6.8,(已知电子电量e=1.610-19 C ，电子质量 m=0.910-30 kg),v0,vy,问题3：让一价氢离子（q1=e, m1=mH）、一价氦离子（q2=e, m2=4mH）和二价氦离子（q3=2e, m3=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。,答案：在通过加速电场

6、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。,v0,vy,变式练习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过同一偏转电场它们是否会分为三股？,变式练习2：如果将相同初速度改为相同初动能又会怎么样？,2、组成：示波管（内部是真空的）、电子枪、偏转电极和 荧光屏组成。,1、作用：观察电信号随时间变化的情况,三、示波管的原理,产生高速飞行的电子束,待显示的电压信号,锯齿形扫描电压,使电子沿Y方向偏移,使电子沿x方向偏移,3、原理：,思考P36,4、如果在YY之间加如图所示的交变电压，同时在XX 之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？,X,Y,O,A,B,C,D,E,F,A,B,C,D,E,F,A,B,O,C,t1,D,E,F,t2,三、示波