1.9带电粒子在电场中的运动(1)(共23张PPT)
文档属性
| 名称 | 1.9带电粒子在电场中的运动(1)(共23张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 799.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-06-24 09:33:00 | ||
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文档简介
(共23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
1.8 带电粒子在电场中的运动
一、带电粒子的加速
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
+
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
_
_
_
_
_
U
U
E
加速
匀速
匀速
+qm
V0
V=
一、带电粒子的加速
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
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！
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， 粒子等无特殊说明都不计重力，但不能忽略质量。
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。
如图所示，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是：( )
A.两板间距越大，加速的时间越长
B.两板间距离越小，加速度就越大，则电子到达Q板时的速度就越大
C.电子到达Q板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压有关
D.电子的加速度和末速度都与板间距离无关
AC
二、带电粒子的偏转
U
L
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
Y
d
Y′
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)
v0
q
d
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
l
v0
d
-q
θ
v
v0
v⊥
θ
y
S
1.粒子穿越电场的时间t=
2.粒子离开电场的速度V=？
3.粒子离开电场时的偏角=？
4.沿垂直于板面方向偏移的距离=？
5.S =
1、受力分析：粒子受到竖直向下的电场力F＝Eq=qU/d。
2、运动规律分析:粒子作类平抛运动。
v
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
v0
Y
d
U
Y′
q
L
x方向：匀速直线运动
Y方向：加速度为 的 匀加速
直线运动。
y
v0
vy
v
v0
vy
Φ
3、x方向
4、y方向
5、离开电场时的偏转角度的正切：
F
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
两个相同极板Y和 Y’的长度L=6.0cm,相距d=2cm,极板间电压U=200v,电子沿着水平方向的速度v=3.0×107m/s,求:电子测移和偏转角
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
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
φ
v
v0
vy
y
+
_
U1
U2
v0
L
-q
m
三、 加速和偏转一体
思考题：
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。
答案：通过加速电场时获得的动能Ek=qU,加速电压相同，二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子获得动能最大。
粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定，所以三种粒子不可能分开为三股。
四、示波器
1、作用：观察电信号随时间变化的情况
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。
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①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）。
电子枪
荧光屏
偏转电极
+
-
X
X
、
y
、
y
X
X
、
y
、
y
亮斑
如果在偏转电极XX’、YY’上不加电压，电子如何运动？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？
三、示波管原理
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
φ
v
v0
vy
y
+
_
U1
U2
v0
L
-q
m
加速和偏转一体
在右图中设加速电压为U，
电子电量为e质量为m。
由W= △ EK ，
若电压按正弦规律变化，如U=Umsinωt,偏移也将按正弦规律变化，即这斑在水平方向或竖直方向做简谐运动
课堂小结：
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
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
1.8 带电粒子在电场中的运动
一、带电粒子的加速
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
+
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带电粒子的加速
d
+
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U
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E
加速
匀速
匀速
+qm
V0
V=
一、带电粒子的加速
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
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！
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， 粒子等无特殊说明都不计重力，但不能忽略质量。
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。
如图所示，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是：( )
A.两板间距越大，加速的时间越长
B.两板间距离越小，加速度就越大，则电子到达Q板时的速度就越大
C.电子到达Q板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压有关
D.电子的加速度和末速度都与板间距离无关
AC
二、带电粒子的偏转
U
L
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Y
d
Y′
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)
v0
q
d
+
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l
v0
d
-q
θ
v
v0
v⊥
θ
y
S
1.粒子穿越电场的时间t=
2.粒子离开电场的速度V=？
3.粒子离开电场时的偏角=？
4.沿垂直于板面方向偏移的距离=？
5.S =
1、受力分析：粒子受到竖直向下的电场力F＝Eq=qU/d。
2、运动规律分析:粒子作类平抛运动。
v
+
+
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v0
Y
d
U
Y′
q
L
x方向：匀速直线运动
Y方向：加速度为 的 匀加速
直线运动。
y
v0
vy
v
v0
vy
Φ
3、x方向
4、y方向
5、离开电场时的偏转角度的正切：
F
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
两个相同极板Y和 Y’的长度L=6.0cm,相距d=2cm,极板间电压U=200v,电子沿着水平方向的速度v=3.0×107m/s,求:电子测移和偏转角
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
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三、 加速和偏转一体
思考题：
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。
答案：通过加速电场时获得的动能Ek=qU,加速电压相同，二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子获得动能最大。
粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定，所以三种粒子不可能分开为三股。
四、示波器
1、作用：观察电信号随时间变化的情况
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。
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①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）。
电子枪
荧光屏
偏转电极
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X
X
、
y
、
y
X
X
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y
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y
亮斑
如果在偏转电极XX’、YY’上不加电压，电子如何运动？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？
三、示波管原理
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加速和偏转一体
在右图中设加速电压为U，
电子电量为e质量为m。
由W= △ EK ，
若电压按正弦规律变化，如U=Umsinωt,偏移也将按正弦规律变化，即这斑在水平方向或竖直方向做简谐运动
课堂小结：
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