lrh带电粒子在电场中的运动.ppt

无无锡锡市第一女子中学市第一女子中学 李如虎李如虎 20110928201109281.9 带电带电粒子在粒子在电场电场中的运中的运动动 1962年加利福尼亚直线加速器中心成立后，开始建造2英里长(约3200米)的直线加速器和实验区。1966年该加速器投入运行，物理实验开始。该中心的科学家们用加速器产生的电子来探索质子和中子的结构，发现了质子中称为“夸克”的新的更小的粒子。为此，物理学家JeromeFriedman，HenryKendall和RichardTaylor荣获1990年诺贝尔物理奖。1.医医疗疗上用于上用于监测监测心、心、脑电脑电波的波的仪仪器器2.一、一、带电带电粒子在粒子在电场电场中的加速中的加速 问问题题1 1：如如图图所所示示，在在真真空空中中有有一一对对平平行行金金属属板板，两两板板间间加加以以电电压压U U。两两板板间间有有一一带带正正电电荷荷q q的的带带电电粒粒子子。在在电电场场力力的的作作用用下下，由由静静止止开开始始从从正正极极板板向向负负极极板板运运动动，到到达达负负板板时时的的速速度度有有多多大大？(不不考考虑虑粒粒子子的的重重力力,设设板板间间距距为为d d，粒粒子的子的质质量量为为mm）qUm+_带电带电粒子的加速粒子的加速 d d3.qUm+_带电带电粒子的加速粒子的加速 d d1 1、受力分析、受力分析:电电荷受水平向右的荷受水平向右的电场电场力力F F2 2、运运动动分分析析:电电荷荷做做初初速速度度为为零零，加加速度速度为为a a的向右的向右匀加速直匀加速直线线运运动动。解法一运用运解法一运用运动动学知学知识识求解求解解法二运用解法二运用动动能定理求解能定理求解解解法法二二的的优优点点：（1 1）计计算算比比较较简简单单；（2 2）不不仅仅可可以以解解决决匀匀强强电电场场问问题题，还还可以解决非匀可以解决非匀强强电场问题电场问题。4.解：根据解：根据动动能定理：能定理：解出速度解出速度V V并代入已知数据，得：并代入已知数据，得：(已知已知电电子子电电量量e=1.610e=1.610-19-19 C C电电子子质质量量 m=0.910m=0.910-30-30kgkg )5.二、二、带电带电粒子在粒子在电场电场中的偏中的偏转转 问问题题2 2：如如图图所所示示，在在真真空空中中水水平平放放置置一一对对金金属属板板Y Y和和Y Y，板板间间距距离离为为d d。在在两两板板间间加加以以电电压压U U，一一电电荷荷量量为为q q质质量量为为mm的的带带电电粒粒子子从从极极板板中中央央以以水水平平速速度度v v0 0射射入入电电场场。试试求求带带电电粒粒子子在在电电场场中中沿沿Y Y方方向向偏偏转转的的距距离和偏离和偏转转角度。角度。(不不计计粒子的重力粒子的重力)6.1.1.受受力力分分析析：粒粒子子受受到到竖竖直直向向下的静下的静电电力力F FEq=qU/d=maEq=qU/d=ma2 2.运运动规动规律分析律分析:粒子作粒子作类类平抛平抛运运动动。3 3、离开、离开电场时电场时的偏的偏转转角度的正切：角度的正切：v v y y v v0 0vy F F解析：解析：x x方向：方向：匀速直匀速直线线运运动动Y Y方向：方向：加速度加速度为为 的的匀匀加速直加速直线线运运动动。7.二、二、带电带电粒子的偏粒子的偏转转 解解：电电子子在在电电场场中中做做类类平平抛抛运运动动，所以：，所以：代入已知数据，得：代入已知数据，得：y=0.36cmy=0.36cm代入已知数据，得：代入已知数据，得：tan0.1185 tan0.1185 6.86.8(已知已知电电子子电电量量e=1.610e=1.610-19-19 C C ，电电子子质质量量 m=0.910m=0.910-30-30 kgkg)8.vv0vyy问题问题3 3：让让一价一价氢氢离子（离子（q q1=e,m=e,m1=m=mH）、一价氦离子（）、一价氦离子（q q2=e,=e,m m2=4m=4mH）和二价氦离子（）和二价氦离子（q q3=2e,m=2e,m3=4m=4mH）的混合物）的混合物经过经过同一同一加速加速电场电场由静止开始加速，然后在同一偏由静止开始加速，然后在同一偏转电场转电场里偏里偏转转，在通，在通过过加速加速电场时获电场时获得的得的动动能是否相同？通能是否相同？通过过偏偏转电场时转电场时，它，它们们是是否会分否会分为为三股粒子束？三股粒子束？请请通通过计过计算算说说明。明。答案：答案：在通在通过过加速加速电场时获电场时获得的得的动动能不相同，因能不相同，因为为它它们带电们带电量不量不同。同。粒子的偏粒子的偏转转量和偏量和偏转转角由加速角由加速电场电场和偏和偏转电场转电场决定，与它决定，与它们们的的质质量、量、电电荷量都没有关系，所以三种粒子不可能分开荷量都没有关系，所以三种粒子不可能分开为为三股。三股。9.vv0vyy变变式式练习练习1 1：让让具有具有相同初速度相同初速度的一价的一价氢氢离子、一价氦离子和二离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物价氦离子的混合物经过经过同一偏同一偏转电场转电场它它们们是否会分是否会分为为三股？三股？变变式式练习练习2 2：如果将如果将相同初速度相同初速度改改为为相同初相同初动动能能又会怎么又会怎么样样？会分会分为为三束三束氢离子与一价氦一价氦离子不会分离，离子不会分离，它它们们会跟二价氦会跟二价氦离子分离。离子分离。10.2 2、组组成成：示波管（内部是真空的）、：示波管（内部是真空的）、电电子子枪枪、偏、偏转电转电极和极和 荧荧光屏光屏组组成。成。1 1、作用作用：观观察察电电信号随信号随时间变时间变化的情况化的情况三、示波管的原理三、示波管的原理产产生生高速高速飞飞行的行的电电子束子束待待显显示示的的电压电压信号信号锯齿锯齿形形扫扫描描电压电压使使电电子沿子沿Y Y方向方向偏移偏移使使电电子沿子沿x x方向方向偏移偏移3、原理：原理：分分组组思考思考P3611.4 4、如果在、如果在YYYY之之间间加如加如图图所示的所示的交交变电压变电压，同同时时在在XXXX之之间间加加锯齿锯齿形形扫扫描描电压电压，在，在荧荧光光屏上会看到什么屏上会看到什么图图形？形？XYOA B CD E FA B CD E FABOCt1DEFt2三、示波管的原理三、示波管的原理示波器原理示波器原理12.变变式式练练习习：如如果果在在示示波波管管的的YYYY之之间间加加如如图图所所示示的的交交变变电电压压，同同时时在在XXXX之之间间加加如如图图所所示示的的锯锯齿齿形形电电压压，使使X X的的电势电势比比XX高，在高，在荧荧光屏上会看到什么光屏上会看到什么图图形？形？0tt0tt1 1t t1 1tttt2 2XYO13.课课堂小堂小结结：一、利用一、利用电电场场使使带电带电粒粒子加速子加速二、利用二、利用电电场场使使带电带电粒粒子偏子偏转转从从动动力学和运力学和运动动学角度分析学角度分析从做功和能量的角度分析从做功和能量的角度分析类类似平抛似平抛运运动动的分的分析方法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14.x练练习习：试试试试证证证证明明明明：带带带带电电电电粒粒粒粒子子子子垂垂垂垂直直直直进进进进入入入入偏偏偏偏转转转转电电电电场场场场，离离离离开开开开电电电电场场场场时时时时就就就就好好好好象象象象是是是是从从从从初初初初速速速速度度度度所所所所在在在在直直直直线线线线的的的的中中中中点点点点沿沿沿沿直直直直线线线线离离离离开开开开电电电电场场场场一一一一样样样样。参考答案：参考答案：15.