帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)-(2)課件

儀器名稱：示波器

型號(hào)：COS5100系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，數(shù)以10億計(jì)的電子就將從這條加速管中以接近光速?zèng)_進(jìn)儲(chǔ)存環(huán)中發(fā)生碰撞北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)加速器的起點(diǎn)

1.8帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、帶電粒子的加速

如圖所示，在真空中有一對(duì)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。它在電場(chǎng)力的作用下，由靜止開(kāi)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）qUm+_帶電粒子的加速d++++++++________UUE加速勻速勻速+qmV0V=?一、帶電粒子的加速qUm+_帶電粒子的加速d1、受力分析:

水平向右的電場(chǎng)力

F＝Eq=qU/dF2、運(yùn)動(dòng)分析:初速度為零，加速度為a=qU/md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(shí)求解解法二運(yùn)用能量知識(shí)求解思考題

如兩極板間不是勻強(qiáng)電場(chǎng)該用何種方法求解？為什么？

由于電場(chǎng)力做功與場(chǎng)強(qiáng)是否勻強(qiáng)無(wú)關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無(wú)關(guān)，第二種方法仍適用！

例題1：實(shí)驗(yàn)表明，熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在熾熱金屬絲和金屬板間加以電壓U=2500V，從熾熱金屬絲發(fā)射出的電子在真空中被加速后，從金屬板的小孔穿出。電子射出后的速度有多大？設(shè)電子剛從金屬絲射出時(shí)的速度為零。電子的質(zhì)量為0.91×10-30kg，電子的電荷量e=1.6×10-19C兩板的距離為20cm帶電粒子：質(zhì)子，電子，粒子等無(wú)特殊說(shuō)明都不計(jì)重力，但不能忽略質(zhì)量。

結(jié)論：由于電場(chǎng)力做功與場(chǎng)強(qiáng)是否勻強(qiáng)無(wú)關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無(wú)關(guān)，所以在處理電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速問(wèn)題時(shí)，一般都是利用動(dòng)能定理進(jìn)行處理。如圖所示，在P板附近有一電子由靜止開(kāi)始向Q板運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)情況，下列敘述正確的是：()A.兩板間距越大，加速的時(shí)間越長(zhǎng)B.兩板間距離越小，加速度就越大，則電子到達(dá)Q板時(shí)的速度就越大C.電子到達(dá)Q板時(shí)的速度與板間距離無(wú)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(wú)關(guān)AC

二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)

UL++++++------Y

dY′

如圖所示，在真空中水平放置一對(duì)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(chǎng)。試分析帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況。(不計(jì)粒子的重力)v0qd++++++------

lv0d-qθvv0v⊥θyS1.粒子穿越電場(chǎng)的時(shí)間t=?2.粒子離開(kāi)電場(chǎng)的速度V=？3.粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏角=？4.沿垂直于板面方向偏移的距離=？5.S

=?1、受力分析：粒子受到豎直向下的電場(chǎng)力F＝Eq=qU/d。2、運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析:粒子作類平拋運(yùn)動(dòng)。v++++++------v0Y

dUY′

qLx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)。y

v0vy

vv0vyΦ

3、x方向

4、y方向

5、離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度的正切：F側(cè)移量偏轉(zhuǎn)角度粒子好象是從入射線中點(diǎn)直接射出來(lái)的類平拋運(yùn)動(dòng)兩個(gè)相同極板Y和 Y’的長(zhǎng)度L=6.0cm,相距d=2cm,極板間電壓U=200v,電子沿著水平方向的速度v=3.0×107m/s,求:電子測(cè)移和偏轉(zhuǎn)角結(jié)論：帶電粒子初速度垂直于電場(chǎng)方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)的問(wèn)題就是一個(gè)類平拋的問(wèn)題。粒子在與電場(chǎng)垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)粒子在與電場(chǎng)平行的方向上做初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng)

++++++------φvv0vyy+_U1U2v0L-qm三、加速和偏轉(zhuǎn)一體思考題：讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物經(jīng)過(guò)同一加速電場(chǎng)由靜止開(kāi)始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)里偏轉(zhuǎn)，在通過(guò)加速電場(chǎng)時(shí)獲得的動(dòng)能是否相同？通過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，它們是否會(huì)分為三股？請(qǐng)說(shuō)明理由。答案：通過(guò)加速電場(chǎng)時(shí)獲得的動(dòng)能Ek=qU,加速電壓相同，二價(jià)氦離子電荷量最大，所以二價(jià)氦離子獲得動(dòng)能最大。粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)決定，所以三種粒子不可能分開(kāi)為三股。四、示波器

1、作用：觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的情況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。3、原理（1）、偏轉(zhuǎn)電極不加電壓：從電子槍射出的電子將沿直線運(yùn)動(dòng)，射到熒光屏的中心點(diǎn)形成一個(gè)亮斑。（2）、僅在XX1（或YY1）加電壓①若所加電壓穩(wěn)定，則電子流被加速、偏轉(zhuǎn)后射到XX1（或YY1）所在直線上某一點(diǎn)，形成一個(gè)亮斑（不在中心）。電子槍熒光屏偏轉(zhuǎn)電極+-XX、y、yXX、y、y亮斑如果在偏轉(zhuǎn)電極XX’、YY’上不加電壓，電子如何運(yùn)動(dòng)？如果在偏轉(zhuǎn)電極XX’上不加電壓，偏轉(zhuǎn)電極YY’上加電壓電子又如何運(yùn)動(dòng)？三、示波管原理++++++------φvv0vyy+_U1U2v0L-qm加速和偏轉(zhuǎn)一體在右圖中設(shè)加速電壓為U，電子電量為e質(zhì)量為m。由W=△EK，若電壓按正弦規(guī)律變化，如U=Umsinωt,偏移也將按正弦規(guī)律變化，即這斑在