资源简介

(共22张PPT)
10.5 带电粒子在电场中的运动
第十章 静电场中的能量
大型粒子对撞机
新课引入
0
医用直线加速器(IGRT)
示波器
新课引入
0
一、研究对象与受力特征
1、研究对象
微观粒子：如电子、质子、各类离子等……
宏观粒子：液滴、小球、小物块、小环等……
2、受力特征
一般说来微观粒子及题目中强调不计重力的不必考虑重力，宏观粒子需要考虑重力。
当条件不明时，比较qE与mg大小，若qE>>mg，则不计重力。
注意：不计重力，不是不要考虑质量，求加速度要用a=F合/m。
带电粒子在电场中的加速
1
【情景】如图,真空中一对金属板间距为d,加上电压U。若一个质量为m,带正电荷q的粒子, 在静电力的作用下由静止开始运动从正极板向负极板运动。
【问题】1.带电粒子在两极板间做什么运动？
2.如何求出到达另一极板的末速度v ？
U
(不计粒子的重力）
解法一　利用牛顿第二定律结合运动学知识求解
解法二　利用静电力做功结合动能定理求解
当解决的问题属于匀强电场且运动时间等运动过程的物理量，适合运用解法一;
当问题只涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量或非匀强电场情景时，适合运用解法二。
带电粒子在电场中的加速
1
单级加速---电子枪
低压电源加热灯丝产生热电子
高压
＋
－
高压电源产生加速电场
带电粒子在电场中的加速
1
多级加速
问题：如图多级平行板连接，能否加速离子？
U
＋
＋
＋
－
－
－
A
B
C
D
E
F
带电粒子在电场中的加速
1
多级直线加速器示意图
U
0
u0
-u0
t
T
2T
U
~
＋
－
带电粒子在电场中的加速
1
例3、如图甲，某装置由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列，其中心轴线在同一直线上，圆筒的长度依照一定的规律依次增加。序号为奇数的圆筒和交变电源的一个极相连，序号为偶数的圆筒和该电源的另一个极相连。交变电源两极间电势差的变化规律如图乙所示。在 t＝0时，奇数圆筒相对偶数圆筒的电势差为正值，此时位于和偶数圆筒相连的金属圆板（序号为 0）中央的一个电子，在圆板和圆筒1之间的电场中由静止开始加速，沿中心轴线冲进圆筒1。为使电子运动到圆筒与圆筒之间各个间隙中都能恰好使静电力的方向跟运动方向相同而不断加速，圆筒长度的设计必须遵照一定的规律。若已知电子的质量为m、电子电荷量为e、电压的绝对值为u，周期为T，电子通过圆筒间隙的时间可以忽略不计。则金属圆筒的长度和它的序号之间有什么定量关系？第n个金属圆筒的长度应该是多少？
带电粒子在电场中的加速
1
解：设电子进入第 n 个圆筒后的速度为v，根据动能定理有
得
第n个圆筒的长度为
圆筒长度跟圆筒序的平方根 成正比，
第 n 个圆筒的长度是
带电粒子在电场中的加速
1
【情景】如图，水平放置一对金属板Y和Y′,长度为L，相距为d，极板间的电压为U。一电荷量为q质量为m的电子，从两板中央以水平速度v0射入。
【问题】
1.请你分析电子的运动？
2.求电子穿出电场时的侧移量y与偏转角的tanθ.
d
U
+
-
v0
L
Y
Y′
-
y
x
)
θ
v0
v
v┴
y
完成探究表
带电粒子在电场中的偏转
2
类平抛运动
与粒子比荷 成正比
与粒子初速度v0的平方成反比
与电场的属性U、l、d有关
带电粒子在电场中的偏转
2
与粒子比荷 成正比
与粒子初速度v0 的平方成反比
与电场的属性U、l、d有关
带电粒子在电场中的偏转
2
1.飞行时间：
2.加速度：
3.竖直分速度：
4.竖直分位移：
5.速度偏转角：
带电粒子在电场中的偏转
2
示波器
示波器原理
3
示波管结构：电子枪、偏转电极和荧光屏组成（管内抽成真空）
示波器可以用来观察电信号随时间变化的情况。示波器的核心部件是示波管.
产生高速飞行的电子束
待显示的电压信号
锯齿形扫描电压
使电子沿Y方向偏移
使电子沿x方向偏移
示波器原理
3
要使图像在水平方向展开，应在XX′之间加怎样的电压？
Y
Y′
X ′
X
亮斑在水平方向来回运动－－扫描.
B
C
D
E
A
一个小实验的启示
t
Uxx′
A
B
D
C
E
示波器原理
3
Y
Y′
X′
X
若在YY′之间加如图信号电压，同时在XX′之间加如图扫描电压，两者周期相同，则在荧光屏上就会看到信号电压的波形了。
Uyy′
Uxx′
t
O
0
t
示波器原理
3
知识总结：
方法总结：
1.带电粒子在电场中的加速运动。
2.带电粒子垂直进入匀强电场中的偏转问题。
3.示波管的原理
1.理想化处理建立模型；
2. 类比、控制变量法等。
示波器原理
3
1．静电火箭是利用电场加速工作介质形成高速射流而产生推力的。工作过程简化图如图所示，离子源发射的带电离子经过加速区加速，进入中和区与该区域里面的电子中和，最后形成中性高速射流喷射而产生推力。根据题目信息可知（　　）
A．M板电势低于N板电势
B．进入中和区的离子速度与离子带电荷量无关
C．增大加速区MN极板的距离，可以增大射流速度而获得更大的推力
D．增大MN极板间的电压，可以增大射流速度而获得更大的推力
D
课堂练习
4
第7题图
2．如图所示，电子以某一初速度沿两块平行板的中线方向射入偏转电场中，已知极板长度l，间距d，电子质量m，电荷量e。若电子恰好从极板边缘射出电场，由以上条件可以求出的是( )
A．偏转电压
B．偏转的角度
C．射出电场速度
D．电场中运动的时间
B
课堂练习
4
【解析】根据推论，粒子速度方向的反向延长线交于其水平位移的中点，即
，因此粒子射出电场的偏转角度可求，选项B正确。
该式子中，初速度、电场强度都不知道，因此无法求出射出电场的速度，在电场中的运动时间，偏转电压，所以选项ACD均错误。
课堂练习
4

展开更多......

收起↑