资源简介

(共15张PPT)
5、带电粒子在电场中
的运动
仪器名称：示波器
型 号：COS5100
北京正负电子对撞机加速的起点
系统运行时，数以10亿计的电子就将从这条加速管中以接近光速冲进储存环中发生碰撞
带电粒子在电场中运动的应用实例
一、带电粒子的加速
q
U0
+
_
在真空中有一对平行金属板，两板间电势差为U0，两板间距离为d，若一个质量为m，带正电荷q的粒子，在静电力作用下由静止开始从正极板向负极板运动，计算它到达负板时的速度有多大？
F
解法一：
解法二：
由动能定理得：
运动学+牛顿定律
例题1：炽热的金属丝可以发射电子，在金属丝和金属板之间加电压U，发射出的电子在真空中从静止开始加速，从正极板的小孔穿出，电子穿出时的速度有多大？
解：由动能定理得：
可得
（1）如何增加电子穿出时的速度？
思考：
增大电压U
（2）电子获得的速度与两板间的距离有关系吗？
无关
二、电荷在电场中的偏转电场
思考
　　如图所示，将一个带电粒子沿垂直于电场线方向射入进入电场中，带电粒子的运动情况？运动轨迹又是什么样的？
+
-
U
v0
+
F
静电力是恒力,带电粒子做匀变速曲线运动
类平抛运动
水平方向：
匀速直线运动
竖直方向：
初速为零的匀加速运动
例：如图所示，一个质量为m，电荷量为q的带电粒子（带电粒子重力不计）以初速度v0垂直射入平行板电容器，平行板长l，两板间电压为U，板间距为d，求：
（1）粒子射出两板间时的偏移量y。
（2）粒子射出两板时的偏转角θ
(1)解：粒子所受电场力
竖直方向：（初速为0的匀加速运动）
水平方向：（匀速运动）
联立得：
（2）
竖直方向分速度：
三、 加速和偏转一体
+
_
U1
-q
m
U2
L
v0
v0
vy
v
φ
y
带电粒子通过同一加速电场和同一偏转电场，它的偏转距离和偏转角与粒子本身无关，只由加速电场和偏转电场决定。
思考题：让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，在通过加速电场时获得的动能是否相同？通过偏转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。
二价氦离子获得动能最大
轨迹相同，但到达同一点的时间可以不同
四、 加速和偏转、匀速直线一体
在示波管模型中，带电粒子经加速电场U1加速，再经偏转电场U2偏转后，需再经历一段匀速直线运动才会打到荧光屏上而显示亮点P，如图6－3－7所示．
(1)确定最终偏移距离OP
思路①
思路②
(2)确定偏转后达到P点的动能(或速度)
思路①
思路②
1、如图所示，一价氢离子(11H)和二价氦离子(42He)的混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同一荧光屏上，则它们(　 ）
A．同时到达屏上同一点
B．先后到达屏上同一点
C．同时到达屏上不同点
D．先后到达屏上不同点
B
课堂练习：
2. 多选如图所示是一个说明示波管工作原理的示意图，电子经电压U1加速后垂直进入偏转电场，离开电场时的偏转量是h，两平行板间的距离为d，电势差为U2，板长为L。为了提高示波管的灵敏度(每单位电压引起的偏转量 )可采用的方法是 ( )
A. 增大两板间的电势差U2
B. 尽可能使板长L短些
C. 使加速电压U1降低些
D. 尽可能使板间距离d小些
CD
13. 如图所示，竖直放置的一对平行金属板间的电势差为U1，水平放置的一对平行金属板间的电势差为U2。一电子由静止开始经U1加速后，进入水平放置的金属板间，刚好从下板边缘射出不计电子重力下列说法正确的是 ( )
A. 增大U1，电子一定打在金属板上
B. 减少U1，电子一定打在金属板上
C. 减少U2，电子一定能从水平金属
板间射出
D. 增大U2，电子一定能从水平金属板间射出
BC
4. 如图所示，平行板电容器板间电压为，板间距为，两板间为匀强电场，让质子流以初速度垂直电场射入，沿轨迹落到下板的中央，现只改变其中一个条件，让质子流沿轨迹落到下板边缘，不计重力，则可以将 ( )
A. 开关断开
B. 质子流初速度变为
C. 板间电压变为
D. 竖直移动上板 ，使板间距变为2d
C
5. 如图所示，有三个质量相等，分别带正电、负电和不带电的微粒，从极板左侧中央以相同的水平初速度v先后垂直场强射入，分别落到极板A、B、C处以下分别用A、B、C代表三个微粒，如图所示．则下列判断正确的是 ( )
A. 微粒A带负电，B不带电，C带正电
B. 三个微粒在电场中运动时间相等
C. 三个微粒在电场中运动的加速度的关系为
aA＞aB＞aC
D. 三个微粒到达极板时的动能关系为EkA＜EkB＜EkC
D

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