帶電粒子在電場中運動-(2)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(jìn)儲存環(huán)中發(fā)生碰撞北京正負(fù)電子對撞機加速器的起點

1.8帶電粒子在電場中的運動一、帶電粒子的加速

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。它在電場力的作用下，由靜止開始從正極板向負(fù)極板運動，到達(dá)負(fù)板時的速度有多大？(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:

水平向右的電場力

F＝Eq=qU/dF2、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！

例題1：實驗表明，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，粒子等無特殊說明都不計重力，但不能忽略質(zhì)量。

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(jìn)行處理。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(dá)Q板時的速度就越大C.電子到達(dá)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

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。試分析帶電粒子在電場中的運動情況。(不計粒子的重力)v0qd++++++------

lv0d-qθvv0v⊥θyS1.粒子穿越電場的時間t=?2.粒子離開電場的速度V=？3.粒子離開電場時的偏角=？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力F＝Eq=qU/d。2、運動規(guī)律分析:粒子作類平拋運動。v++++++------v0Y

dUY′

qLx方向：勻速直線運動Y方向：加速度為

的勻加速直線運動。y

v0vy

vv0vyΦ

3、x方向

4、y方向

5、離開電場時的偏轉(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直接射出來的類平拋運動兩個相同極板Y和 Y’的長度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:電子測移和偏轉(zhuǎn)角結(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

++++++------φvv0vyy+_U1U2v0L-qm三、加速和偏轉(zhuǎn)一體思考題：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。四、示波器

1、作用：觀察電信號隨時間變化的情況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動，射到熒光屏的中心點形成一個亮斑。（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，形成一個亮斑（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，電子如何運動？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動？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