高中物理 《帶電粒子在電場中的運動》精品ppt課件

.,儀器名稱：示波器型號：COS5100,系統(tǒng)運行時，數(shù)以10億計的電子就將從這條加速管中以接近光速沖進儲存環(huán)中發(fā)生碰撞,北京正負電子對撞機加速器的起點,.,1.8帶電粒子在電場中的運動(2課時),新課標(biāo)高中物理選修31,第一章靜電場,.,3、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運動狀態(tài)來判定,電場中的帶電粒子一般可分為兩類：,1、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子，粒子，正負離子等。這些粒子所受重力和電場力相比小得多，除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。,2、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。,第一課時,.,帶電粒子在勻強電場中,運動情況：,受到恒定的電場力,受力情況：,做勻變速運動,.,一.帶電粒子在電場中的加速,用牛頓運動定律分析,用動能定理分析,.,1、受力分析:,水平向右的電場力FEq=qU/d,2、運動分析:,初速度為零，加速度為a=qU/md的向右勻加速直線運動。,解法一運用運動學(xué)知識求解,解法二運用能量知識求解,粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān),.,思考題,如兩極板間不是勻強電場該用何種方法求解？為什么？,由于電場力做功與場強是否勻強無關(guān)，與運動路徑也無關(guān)，第二種方法仍適用！,.,所以,例1,.,結(jié)論：由于電場力做功與場強是否勻強無關(guān)，與運動路徑也無關(guān)，所以在處理電場對帶電粒子的加速問題時，一般都是利用動能定理進行處理。,.,例2：如圖所示，在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運動，則關(guān)于電子在兩板間的運動情況，下列敘述正確的是：(),A.兩板間距越大，加速的時間越長B.兩板間距離越小，加速度就越大，則電子到達Q板時的速度就越大C.電子到達Q板時的速度與板間距離無關(guān)，僅與加速電壓有關(guān)D.電子的加速度和末速度都與板間距離無關(guān),AC,.,d,U,v0,q、m,二.帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn),.,d,U,v0,q、m,F,v,v0,vy,y,偏轉(zhuǎn)角,側(cè)移,二.帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn),試根據(jù)類平拋運動的知識，推導(dǎo)偏移量y和偏轉(zhuǎn)角,.,1.受力分析：粒子受到豎直向下的靜電力FEq=qU/d。,2.運動規(guī)律分析:粒子作類平拋運動。,x方向：勻速直線運動Y方向：加速度為的勻加速直線運動。,3.x方向,4.y方向,5、離開電場時的偏轉(zhuǎn)角度的正切：,.,結(jié)論：帶電粒子初速度垂直于電場方向飛入勻強電場的問題就是一個類平拋的問題。粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運動粒子在與電場平行的方向上做初速為零的勻加速運動,.,例3,.,三、加速和偏轉(zhuǎn)一體,.,讓一價氫離子、一價氦離子和二價氦離子的混合物經(jīng)過同一加速電場由靜止開始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場里偏轉(zhuǎn)，在通過加速電場時獲得的動能是否相同？通過偏轉(zhuǎn)電場時，它們是否會分為三股？請說明理由。,答案：通過加速電場時獲得的動能Ek=qU,加速電壓相同，二價氦離子電荷量最大，所以二價氦離子獲得動能最大。粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場和偏轉(zhuǎn)電場決定，所以三種粒子不可能分開為三股。,思考題,.,1、試證明：帶電粒子垂直進入偏轉(zhuǎn)電場，離開電場時就好象是從初速度所在直線的中點沿直線離開電場的。,x,強化練習(xí),.,作業(yè)1：離子發(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為m，電荷量為q的負離子，從靜止經(jīng)加速電壓U1加速后，獲得速度v0，并沿垂直于電場線方向射入兩平行板中央，受偏轉(zhuǎn)電壓U2作用后，以速度離開電場，已知平行板長為，兩板間距離為d，,1）離子在偏轉(zhuǎn)電場中運動的時間、加速度、速度的大小；2）離子在離開偏轉(zhuǎn)電場時的沿電場方向的偏移量和偏轉(zhuǎn)角的正切值。,l,u1,d,v0,求：,.,作業(yè)2：一束電子流經(jīng)U=5000V的電壓加速后，在距兩極板等間距處垂直進入平行板間的勻強電場中，若兩板間距d=1.0cm，板長l=5.0cm，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個板之間的電壓最多能加多少？,.,四、示波器的原理（第二課時）,1.示波器作用：是一種用來觀察電信號隨時間變化的電子儀器。2.它的核心部件是示波管：由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空。,.,產(chǎn)生高速飛行的電子束,待顯示的電壓信號,鋸齒形掃描電壓,使電子沿Y方向偏移,使電子沿x方向偏移,四、示波器的原理,.,已知：U1、l、YY偏轉(zhuǎn)電極的電壓U2、板間距d、板端到熒光屏的距離L。求：電子射出偏轉(zhuǎn)電場時的偏向角正切值tan及打到屏上電子的偏移量y。,偏移量與YY偏轉(zhuǎn)電極的電壓U2成正比,3.原理,.,1）、如果在電極XX之間不加電壓，而在YY之間加不變電壓，使Y的電勢比Y高，電子將打在熒光屏的什么位置？,電子沿Y方向向上偏移,四、示波器的原理,.,2）、如果在電極XX之間不加電壓，而在YY之間加不變電壓，使Y的電勢比Y高，電子將打在熒光屏的什么位置？,電子沿Y方向向下偏移,四、示波器的原理,.,3）、如果在電極YY之間不加電壓，但在XX之間加不變電壓，使X的電勢比X高，電子將打在熒光屏的什么位置？,電子沿X方向向里偏移,四、示波器的原理,.,4）、如果在電極YY之間不加電壓，但在XX之間加不變電壓，使X的電勢比X高，電子將打在熒光屏的什么位置？,電子沿X方向向外偏移,四、示波器的原理,.,5）、如果在電極XX之間不加電壓，但在YY之間加如圖所示的交變電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？,0tt1電子沿Y方向向上偏移,四、示波器的原理,.,6）、如果在電極XX之間不加電壓，但在YY之間加如圖所示的交變電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？,t1tt2電子沿Y方向向下偏移,四、示波器的原理,.,7）、如果在YY之間加如圖所示的交變電壓，同時在XX之間加不變電壓，使X的電勢比X高，在熒光屏上會看到什么圖形？,0tt1電子沿Y方向向上偏，沿X方向向里偏,四、示波器的原理,.,8）、如果在YY之間加如圖所示的交變電壓，同時在XX之間加不變電壓，使X的電勢比X高，在熒光屏上會看到什么圖形？,t1tt2電子沿Y方向向下偏，沿X方向向里偏,四、示波器的原理,.,8）、如果在YY之間加如圖所示的交變電壓，同時在XX之間加不變電壓，使X的電勢比X高，在熒光屏上會看到什么圖形？,電子沿Y方向向上向下偏，沿X方向向外偏,四、示波器的原理,.,10）、如果在YY之間加如圖所示的交變電壓，同時在XX之間加鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？,X,Y,O,A,B,O,C,t1,D,E,F,t2,四、示波器的原理,.,課堂小結(jié)：,一、利用電場使帶電粒子加速,二、利用電場使帶電粒子偏轉(zhuǎn),從動力學(xué)和運動學(xué)角度分析,從做功和能量的角度分析,類似平拋運動的分析方法,粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運動,粒子在與電場平行的方向上做初速度為零的勻加速運動,.,2、下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為U的電場加速后，哪種粒子動能最大（）哪種粒子速度最大（）A、質(zhì)子B、電子C、氘核D、氦核,強化練習(xí),與電量成正比,與比荷平方根成正比,D,B,e/m1840e/me/2m2e/4m,.,3、如圖所示，M、N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質(zhì)量為m、電量為+q的質(zhì)子，以極小的初速度由小孔進入電場，當(dāng)M、N間電壓為U時，粒子到達N板的速度為v，如果要使這個帶電粒子到達N板的速度為2v，則下述方法能滿足要求的是（）A、使M、N間電壓增加為2UB、使M、N間電壓增加為4UC、使M、N間電壓不變，距離減半D、使M、N間電壓不變，距離加倍,M,N,U,d,v與電壓平方根成正比,B,強化練習(xí),.,4、質(zhì)量為m、帶電量為q的粒子以初速度v從中線垂直進入偏轉(zhuǎn)電場，剛好離開電場，它在離開電場后偏轉(zhuǎn)角正切為0.5，則下列說法中正確的是A、如果偏轉(zhuǎn)電場的電壓為原來的一半，則粒子離開電場后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25B、如果帶電粒子的比荷為原來的一半，則粒子離開電場后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25C、如果帶電粒子的初速度為原來的2倍，則粒子離開電場后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25D、如果帶電粒子的初動能為原來的2倍，則粒子離開電場后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25,強化練習(xí),.,5、質(zhì)子(質(zhì)量為m、電量為e)和二價氦離子(質(zhì)量為4m、電量為2e)以相同的初動能垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，離開電場后，它們的偏轉(zhuǎn)角正切之比為，側(cè)移之比為。,與電量成正比,與電量成正比,2:1,2:1,強化練習(xí),.,6、三個電子在同一地點沿同一直線垂直飛入偏轉(zhuǎn)電場，如圖所示。則由此可判斷（）A、b和c同時飛離電場B、在b飛離電場的瞬間，a剛好打在下極板上C、進入電場時，c速度最大，a速度最小D、c的動能增量最小，a和b的動能增量一樣大,強化練習(xí),.,析與解,.,7、如圖，電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始加速，然后射入電勢差為U2的兩塊平行極板間的電場中，入射方向跟極板平行。整個裝置處在真空中，重力可忽略。在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角變大的是（）A、U1變大、U2變大B、U1變小、U2變大C、U1變大、U2變小D、U1變小、U2變小,強化練習(xí),.,析與解,對加速過程由動能定理：,對偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：,與粒子的電量q、質(zhì)量m無關(guān),.,8、如圖所示，二價氦離子和質(zhì)子的混合體，經(jīng)同一加速電場加速后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，偏轉(zhuǎn)后，打在同一熒光屏上，則它們（）A、側(cè)移相同B、偏轉(zhuǎn)角相同C、到達屏上同一點D、到達屏上不同點,與粒子的電量q、質(zhì)量m無關(guān),強化練習(xí),.,作業(yè)1如圖所示，有一電子(電量為e、質(zhì)量為m)經(jīng)電壓U0加速后，沿平行金屬板A、B中心線進入兩板，A、B板間距為d、長度為L，A、B板間電壓為U，屏CD足夠大，距離A、B板右邊緣2L，AB板的中心線過屏CD的中心且與屏CD垂直。試求電子束打在屏上的位置到屏中心間的距離。,強化練習(xí),.,析與解,電子離開電場，就好象從中點沿直線離開的：,對加速過程由動能定理：,.,11、質(zhì)量為110-25kg、電量為110-16C的帶電粒子以2106m/s速度從水平放置的平行金屬板A、B中央沿水平方向飛入板間，如圖所示。已知板長L10cm，間距d2cm，當(dāng)AB間電壓在范圍內(nèi)時，此帶電粒子能從板間飛出。,v0,+,-,強化練習(xí),.,v0,+,-,析與解,對偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：,或?qū)ζD(zhuǎn)過程由側(cè)移公式：,.,如圖是一個說明示波管工作的部分原理圖，電