10.5带电粒子在电场中运动（共25张ppt）

(共25张PPT)
带电粒子在电场中的运动
你知道电视机显示精彩画面的机理吗？
北京正负电子对撞机是世界八大高能加速器中心之一。 是我国第一台高能加速器，是高能物理研究的重大科技基础设施。由长202米的直线加速器、输运线、周长240米的圆型加速器（也称储存环）、高6米重500吨的北京谱仪和围绕储存环的同步辐射实验装置等几部分组成，外型象一只硕大的羽毛球拍。系统运行时，数以10亿计的电子就将从这条加速管中以接近光速冲进储存环中发生碰撞。
北京正负电子对撞机BEPC
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
一、带电粒子的加速
+
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
_
_
_
_
_
U
U
E
加速
匀速
+qm
V0
V=
一、带电粒子的加速
你有几种方法？
d
如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？
想一想
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。
q
U
m
+
_
d
例题1：实验表明，炽热的金属丝可以发射电子。在炽热金属丝和金属板间加以电压U=2500V，从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出。电子射出后的速度有多大？设:电子刚从金属丝射出时的速度为零。
电子的质量为0.91×10-30 kg，电子的电荷量e=1.6×10-19 C两板的距离为20cm
带电粒子：质子、电子、α 粒子等无特殊说明都不计重力，但不能忽略质量。
算一算
1.下列粒子由静止经加速电压为U的电场加速后，哪种粒子动能最大 （ ）
哪种粒子速度最大 （ ）
A.质子 B.电子
C.氘核 D.氦核
与电量成正比
与比荷平方根成正比
例与练
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。试分析带电粒子在电场中的运动情况。(不计粒子的重力)
+
+
+
+
+
+
d
U
L
-
-
-
-
-
-
v0
m、q
二、带电粒子的偏转
d
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
l
v0
d
-q
θ
v
v0
v⊥
y
S
①沿垂直于板面方向偏移的距离=？ ②粒子离开电场的速度V=？
③粒子离开电场时的偏角=？
④S=？
θ
侧移量
偏转角度
粒子好象是从入射线中点直接射出来的
类平抛运动
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
φ
v
v0
vy
y
+
_
U1
U2
L
三、 加速和偏转一体
-q
m
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。
做一做
一、利用电场使带电粒子加速
二、利用电场使带电粒子偏转
从动力学和运动学角度分析
从做功和能量的角度分析
类似平抛运动的分析方法
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　
课堂小结：
1.如图所示，M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为m、电量为+q的带电粒子，以极小的初速度由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子到达N板的速度为v，如果要使这个带电粒子到达N板的速度为2v ，则下述方法能满足要求的是（ ）
A.使M、N间电压增加为2U
B.使M、N间电压增加为4U
C.使M、N间电压不变，距离减半
D.使M、N间电压不变，距离加倍
M
N
U
d
+
v与电压平方根成正比
例与练
2.如图M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为m电量为-q的带电粒子，以初速度V0由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子刚好能到达N板，如果要使这个带电粒子能够到达M、N两板间距的1/2处返回，则下述方法能满足要求的是（ ）
A.使初速度减半
B.使M、N间电压加倍
C.使M、N间电压提高4倍
D.使初速度和M、N间电压都加倍
M
N
U
d
-
v0
例与练
3.如图所示，A、B为平行金属板电容器，两板间的距离为d，在A板的缺口的正上方距离为h的P处，有一静止的、质量为m、带电量为+q的液滴由静止开始自由落下，若要使液滴不落在B板上，两板间场强至少为多大？两板间的电压U至少为多大？
mg
mg
qE
对全过程由动能定理：
例与练
1.质量为m、带电量为q的粒子以初速度v从中线垂直进入偏转电场，刚好离开电场，它在离开电场后偏转角正切为0.5，则下列说法中正确的是（ ）
A、如果偏转电场的电压为原来的一半，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25
B、如果带电粒子的比荷为原来的一半，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25
C、如果带电粒子的初速度为原来的2倍，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25
D、如果带电粒子的初动能为原来的2倍，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25
偏转角正切与比荷成正比
偏转角正切与初动能成反比
偏转角正切与电压成正比
例与练
2.如图，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为U2的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。在满足电子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角θ变大的是 （ ）
A、U1变大、U2变大 B、U1变小、U2变大
C、U1变大、U2变小 D、U1变小、U2变小
例与练
3.三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞入偏转电场，如图所示。则由此可判断（ ）
A.b和c同时飞离电场
B.在b飞离电场的瞬间，a刚好打在下极板上
C.进入电场时，c速度最大，a速度最小
D.c的动能增量最小，a和b的动能增量一样大
例与练
4.如图所示，有一电子(电量为e、质量为m)经电压U0加速后，沿平行金属板A、B中心线进入两板，A、B板间距为d、长度为L， A、B板间电压为U，屏CD足够大，距离A、B板右边缘2L，AB板的中心线过屏CD的中心且与屏CD垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。
例与练
5.初速度为2×107m/s的电子沿平行金属板间的中心线射入板中，板长为30cm，相距为4cm，在两板间加上如图所示的正弦交变电压。已知电子的质量为9×10-31Kg，电量为1.6×10-19C，不计电子重力，求：要使所有的电子都能离开电场，图中电压的最大值U0需满足什么条件？
例与练
1.组成：示波管（内部是真空的）、电子枪、偏 转电极和荧光屏组成。
四、示波器
①如果在偏转电极XX’、YY’上不加电压，电子如何运动？②如果在偏转电极XX’上不加电压，偏转电极YY’上加电压电子又如何运动？如果在偏转电极YY’ 上不加电压，偏转电极XX’上加电压电子又如何运动？③如果在偏转电极YY’ 、XX’上同时加恒定电压，电子如何运动？
想一想
4.作用：观察电信号随时间变化的情况
3.原理
（1）偏转电极不加电压：从电子枪射出的电子将沿直线运动，射到荧光屏的中心点形成一个亮斑。
（2）仅在XX1（或YY1）加电压。若所加电压稳定，则电子流被加速、偏转后射到XX1（或YY1）所在直线上某一点，形成一个亮斑（不在中心）。
四、示波器