2.2 带电粒子在电场中运动 (共21张PPT)

(共21张PPT)
大型粒子对撞机
2.2 带电粒子在电场的运动
1、带电粒子在电场中受到什么力的作用？
重力与电场力
2、对于质子、电子、离子等带电微粒在电场中运动是如何处理受力情况？
由于以上微粒受到的重力远小于电场力，一般情况是忽略的；但如果是带电油滴、小球、尘埃等物体，处理明确的暗示之外，都需要考虑重力。
一、带电粒子的加速 （匀变速运动）
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。它在电场力的作用下，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？(不考虑粒子的重力）
q
U
m
+
_
带电粒子的加速
d
q
U
m
+
_
带电粒子的加速
d
1、受力分析:
水平向右的电场力
F＝Eq=qU/d
F
2、运动分析:
初速度为零，加速度为a=qU/md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　运用能量知识求解
初速度不为零时？
思考题
如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？
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！
练习1、下列粒子从初速度为零的状态经加速电压为U的电场后，哪种粒子速度最大 （ ）
A、质子 B、氘核
C、氦核 D、钠离子
A
哪种粒子动能最大（ ）
C
D
练习3：(多选)如图 从F处释放一个无初速度电子向B板方向运动,指出下列对电子运动描述中,正确的是(设电源电动势均为U) ( 　　 )
F
A
D
C
B
A.电子到达B板时的动能是Ue
B.电子从B板到达C板时动能的变化量为零
C.电子到达D板时动能为Ue
Ｄ.电子在Ａ板与Ｄ板间作往返运动
ＡＢＤ
结论：由于电场力做功与场强是否匀强无关，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。
① 水平方向运动L
② 竖直方向运动 d
求解 t
二、带电粒子在电场中的偏转运动（类平抛问题）
vx=v0
速度偏转角
位移偏转角
结论：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类平抛的问题。
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为零的匀加速运动　
例1、（多选）带电粒子经加速电场加速后垂直进入两平行金属板间的偏转电场，要使它离开偏转电场时偏转角增大，可采用的办法有：（ ）
A、增加带电粒子的电量
B、降低加速电压；
C、提高偏转电压；
D、减小两平行板间的距离。
BCD
3、示波器
v0
示波器原理
u1
一维偏转
u2
Y
Y`
L
L‵
v
o
θ
r
h
Y
Y`
X
X`
u1
Y
Y`
X
X`
二维偏转
Y
Y`
X
X`
演示
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
φ
v
v0
vy
y
+
_
U1
U2
v0
L
-q
m
加速和偏转一体
例题3、 水平放置的两块平行金属板长L=5.0cm，两板间距d=1.0cm，两板间电压为90v，且上板为正，一个电子沿水平方向以速度v0=2.0×107m/s，从两板中间射入，如图，求：
（1）电子偏离金属板时的侧位移是多少？
（2）电子飞出电场时的速度是多少？
（3）电子离开电场后，打在屏上的P点，若S=10cm，求OP的长？