lrh帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)課件

20110928,1.9帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng),1962年加利福尼亞直線加速器中心成立后，開始建造2英里長(約3200米)的直線加速器和實(shí)驗(yàn)區(qū)。1966年該加速器投入運(yùn)行，物理實(shí)驗(yàn)開始。該中心的科學(xué)家們用加速器產(chǎn)生的電子來探索質(zhì)子和中子的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子中稱為“夸克”的新的更小的粒子。為此，物理學(xué)家JeromeFriedman，HenryKendall和RichardTaylor1990年諾貝爾物理獎(jiǎng)。,1,學(xué)習(xí)交流PPT,醫(yī)療上用于監(jiān)測心、腦電波的儀器,2,學(xué)習(xí)交流PPT,一、帶電粒子在電場中的加速,問題1：如圖所示，在真空中有一對平行金屬板，兩板間加以電壓U。兩板間有一帶正電荷q的帶電粒子。在電場力的作用下，由靜止開始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng)，到達(dá)負(fù)板時(shí)的速度有多大？(不考慮粒子的重力,設(shè)板間距為d，粒子的質(zhì)量為m）,3,學(xué)習(xí)交流PPT,1、受力分析:,電荷受水平向右的電場力,2、運(yùn)動(dòng)分析:電荷做初速度為零，加速度為a的向右勻加速直線運(yùn)動(dòng)。,解法一運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識求解,解法二運(yùn)用動(dòng)能定理求解,解法二的優(yōu)點(diǎn)：（1）計(jì)算比較簡單；（2）不僅可以解決勻強(qiáng)電場問題，還可以解決非勻強(qiáng)電場問題。,4,學(xué)習(xí)交流PPT,解：根據(jù)動(dòng)能定理：,解出速度V并代入已知數(shù)據(jù)，得：,(已知電子電量e=1.610-19C電子質(zhì)量m=0.910-30kg),5,學(xué)習(xí)交流PPT,二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn),問題2：如圖所示，在真空中水平放置一對金屬板Y和Y，板間距離為d。在兩板間加以電壓U，一電荷量為q質(zhì)量為m的帶電粒子從極板中央以水平速度v0射入電場。試求帶電粒子在電場中沿Y方向偏轉(zhuǎn)的距離和偏轉(zhuǎn)角度。(不計(jì)粒子的重力),6,學(xué)習(xí)交流PPT,1.受力分析：粒子受到豎直向下的靜電力FEq=qU/d=ma,2.運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析:粒子作類平拋運(yùn)動(dòng)。,3、離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度的正切：,解析：,x方向：勻速直線運(yùn)動(dòng),Y方向：加速度為的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。,7,學(xué)習(xí)交流PPT,二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn),解：電子在電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)，所以：,代入已知數(shù)據(jù)，得：y=0.36cm,代入已知數(shù)據(jù)，得：tan0.11856.8,(已知電子電量e=1.610-19C，電子質(zhì)量m=0.910-30kg),8,學(xué)習(xí)交流PPT,v0,vy,問題3：讓一價(jià)氫離子（q1=e,m1=mH）、一價(jià)氦離子（q2=e,m2=4mH）和二價(jià)氦離子（q3=2e,m3=4mH）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(shí)獲得的動(dòng)能是否相同？通過偏轉(zhuǎn)電場時(shí)，它們是否會分為三股粒子束？請通過計(jì)算說明。,答案：在通過加速電場時(shí)獲得的動(dòng)能不相同，因?yàn)樗鼈儙щ娏坎煌ＡＷ拥钠D(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場和偏轉(zhuǎn)電場決定，與它們的質(zhì)量、電荷量都沒有關(guān)系，所以三種粒子不可能分開為三股。,9,學(xué)習(xí)交流PPT,v0,vy,變式練習(xí)1：讓具有相同初速度的一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物經(jīng)過同一偏轉(zhuǎn)電場它們是否會分為三股？,變式練習(xí)2：如果將相同初速度改為相同初動(dòng)能又會怎么樣？,10,學(xué)習(xí)交流PPT,2、組成：示波管（內(nèi)部是真空的）、電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成。,1、作用：觀察電信號隨時(shí)間變化的情況,三、示波管的原理,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,3、原理：,分組思考P36,11,學(xué)習(xí)交流PPT,4、如果在YY之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)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,C,D,E,F,A,B,C,D,E,F,A,B,O,C,t1,D,E,F,t2,三、示波管的原理,示波器原理,12,學(xué)習(xí)交流PPT,變式練習(xí)：如果在示波管的YY之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在XX之間加如圖所示的鋸齒形電壓，使X的電勢比X高，在熒光屏上會看到什么圖形？,0tt1,t1tt2,13,學(xué)習(xí)交流PPT,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(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析,從做功和能量的角度分析,類似平拋運(yùn)動(dòng)的分析方法,粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng),粒子在與電場平行的方向上做初速