10.5带电粒子在电场中的运动（共21张ppt）

(共21张PPT)
仪器名称：示波器
型 号：COS5100
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加速器的起点
带电粒子在电场中的运动
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，α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、带电粒子的加速
情景一：
q
U0
+
_
在真空中有一对平行金属板，两板间电势差为U0，两板间距离为d，若一个质量为m，带正电荷q的粒子，在静电力作用下由静止开始从正极板向负极板运动，计算它到达负板时的速度有多大？
一. 带电粒子在电场中的加速
用牛顿运动定律分析
用动能定理分析
E1
（加速电压）
解法一：
由牛顿第二定律得：
由运动学公式得：
①
②
③
联立可得：
解法二：
由动能定理得：
得：
例题1：炽热的金属丝可以发射电子，在金属丝和金属板之间加电压U，发射出的电子在真空中从静止开始加速，从正极板的小孔穿出，电子穿出时的速度有多大？
解：由动能定理得：
可得
如何增加电子穿出时的速度？
若在非匀强电场中, 运动情况如何？
思考讨论
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。
v
φ
v0
vy
v0
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
L
二、偏转电场
y
已知一个电子沿平行于板面的方向射入电场中，射入时的速度为v0 质量为m，电量为-q，两极板电压为U，距离为d，长度为L，讨论:1）电子的运动情况 2）电子射出电场时的偏转位移y，偏转的角度φ (不计电子的重力)
a
φ
F电
y
x
U d
带电粒子的偏转
- - - - - - - - - -
+ + + + + + + + + +
+
d
F
+
v
v0
θ
v0
y
偏移量
偏转角
二. 带电粒子在电场中的偏转
试根据类平抛运动的知识，推导偏移量 y和偏转角θ
例：如图所示，一个质量为m，电荷量为q的带电粒子（带电粒子重力不计）以初速度v0垂直射入平行板电容器，平行板长l，两板间电压为U，板间距为d，求：
（1）粒子射出两板间时的偏移量y。
（2）粒子射出两板时的偏转角θ
由牛顿第二定律得：
水平方向：
竖直方向：
联立①②③④式得：
①
②
③
④
(1)解：粒子所受电场力
（2）解：粒子所受电场力
竖直方向分速度：
联立①②③⑤⑥式得：
⑤
⑥
解决关键
1、受力分析：注意：是否有重力？电场力是恒力还是变力？（不受重力，电场力为恒力）
2运动分析：匀变速直线运动、非匀变速直线运动、类平抛运动、匀速圆周运动、竖直面内的圆周运动、一般的曲线运动、匀速直线运动。（匀变速直线运动和类平抛运动）
3．示波管的原理
（1）示波管的构造：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成（如图）。
（2）原理：利用了带电粒子在电场中偏转的规律，灵敏、直观地显示出电信号随时间变化的图线。
思考与讨论：
(1)如果在电极XX′之间不加电压,而在YY′之间加不变的电压,使Y的电势比Y′高（ Y正， Y′负）,电子将打在荧光屏的什么位置
若Y负， Y′正呢？
思考与讨论：
(2)如果在电极YY′之间不加电压,而在XX′之间加不变的电压,使X的电势比X′高（ X正， X′负）,电子将打在荧光屏的什么位置
X轴的负半轴
基础训练
1．两平行金属板间为匀强电场，不同的带电粒子都以垂直于电场线的方向飞入该匀强电场(不计重力)，要使这些粒子经过匀强电场后有相同大小的偏转角，则它们应具备的条件是(　　)
A．有相同的动能和相同的比荷
B．有相同的质量与速度的乘积和相同的比荷
C．有相同的速度和相同的比荷
D．只要有相同的比荷就可以
2．下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后，速度最大的是(　　)
A． 质子(11H) B．氘核(12H)
C．α粒子(24He) D．钠离子(Na＋)
C
A
3.如图所示，一电子枪发射出的电子(初速度很小，可视为零)进入加速电场加速后，垂直射入偏转电场，射出后偏转位移为y，要使偏转位移增大，下列哪些措施是可行的(　　)
A．增大偏转电压U
B．减小加速电压U0
C．增大偏转极板间距离
D．将发射电子改成发射负离子
4. 如图，质子( )和a粒子( ),以相同的初动能从P点垂直射入偏转电场（粒子不计重力），则这两个粒子射出电场时的侧位移y之比为（ ）
A 1:1 B 1：2 C 2：1 D 1：4
AB
B
课堂小结：
一、电场使带电粒子加速
二、电场使带电粒子偏转
类似平抛运动的分析方法
初速度方向上 L＝v0t
电场力方向上
a=qE/m