1.9《带电粒子在电场中的运动》精品课件

仪器名称：示波器型号：COS5100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北京正负电子对撞机加速器的起点1.9带电粒子在电场中的运动微山一中物理组3、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定电场中的带电粒子一般可分为两类：1、带电的基本粒子：如电子，质子，α粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比小得多，除非特别说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但不能忽略质量）。2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除特别说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。一.带电粒子在电场中的加速用牛顿运动定律分析用动能定理分析00v?tvUE1（加速电压）qUm+_带电粒子的加速d1、受力分析:水平向右的电场力F＝Eq=qU/dF2、运动分析:初速度为零，加速度为a=qU/md的向右匀加速直线运动。解法一运用运动学知识求解mqUdmdqUadv2222mqUv2解法二运用能量知识求解mqUvmvqU2212粒子加速后的速度只与加速电压有关思考:如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？电场力做功qu与是否匀强电场无关，与运动路径无关，动能定理仍适用！所以例1：（me=0.9×10-30kg）如果电子离开金属丝速度为v0，怎样列方程？例2：如图所示，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是：()A.两板间距越大，加速的时间越长B.两板间距离越小，加速度就越大，则电子到达Q板时的速度就越大C.电子到达Q板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压有关D.电子的加速度和末速度都与板间距离无关AC小结：由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的加速问题时，一般都是利用动能定理进行处理。ld+-----------+++++++++Uv0q、m二.带电粒子在电场中的偏转ld+-----------+++++++++Uv0q、mF+vv0vyyθ偏转角偏转量二.带电粒子在电场中的偏转试根据类平抛运动的知识，推导偏移量y和偏转角θ1.受力分析：粒子受到竖直向下的静电力F＝Eq=qU/d。2.运动规律分析:粒子作类平抛运动。x方向：匀速直线运动Y方向：加速度为的匀加速直线运动。mdqUavv0vyΦ3.位移：4.速度：5、离开电场时的偏转角度：Ltv0xv0v0vLmdqU200mdvqULvvytanyv0vyFv++++++------v0YdUY′qLy20221vLmdqU212atyvat/2Ly小结：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强电场的问题就是一个类平抛的问题。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为零的匀加速运动例3例4：一束电子流以速度v从两极板A、B连线的中点平行于板进入匀强电场中，若两板间距为d，板长l，电子质量me，那么，要使电子能从板间飞出，两板的电势差UAB的取值范围？四、示波器的原理1.示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。2.它的核心部件是示波管：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。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方向偏移示波器的结构：课堂小结：一、利用电场使带电粒子加速二、利用电场使带电粒子偏转从动力学和运动学角度分析从做功和能量的角度分析类似平抛运动的分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1、下列粒子由静止经加速电压为U的电场加速后，哪种粒子动能最大（）哪种粒子速度最大（）A、质子B、电子C、氘核D、氦核强化练习mqUv2qUmvEk221与电量成正比与比荷平方根成正比DB2、如图所示，M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为m、电量为+q的质子，以极小的初速度由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子到达N板的速度为v，如果要使这个带电粒子到达N板的速度为2v，则下述方法能满足要求的是（）A、使M、N间电压增加为2UB、使M、N间电压增加为4UC、使M、N间电压不变，距离减半D、使M、N间电压不变，距离加倍MNUd+mqUv2v与电压平方根成正比B强化练习3、三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞入偏转电场，如图所示。则由此可判断（）A、b和c同时飞离电场B、在b飞离电场的瞬间，a刚好打在下极板上C、进入电场时，c速度最大，a速度最小D、c的动能增量最小，a和b的动能增量一样大强化练习CD4、如图，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角θ变大的是（）A、U1变大、U2变大B、U1变小、U2变大C、U1变大、U2变小D、U1变小、U2变小强化练习B20121mvqU1202qUmvdmvleU202tan析与解对加速过程由动能定理：对偏转过程由偏转角正切公式：dUlU122与粒子的电量q、质量m无关dUlUy1224强化练习5.水平放置的两块平行金属板长l=5cm，两板间距d=1cm，两板间电压为U=90V，且上板带正电，一个电子沿水平方向以速度v0=2.0×107m/s，从两板中央射入，求：（1）电子偏离金属板的侧位移是多少？（2）电子飞出电场时的速度是多少？（3）电子离开电场后，打在屏上的P点，若s=10cm，求OP的长．dyxsly0OPθMo´（1）0.49cm，（2）2.04×107m/s，（3）0.025mAB强化练习6.A板的电势UA＝0，B板的电势UB随时间的变化规律如图所示。则()A.若电子是在t＝0时刻进入的，它将一直向B板运动B.若电子是在t＝T/8时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动,最后打在B板上C.若电子是在t＝3T/8时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动,最后打在B板上D.若电子是在t＝T/2时刻进入的，它可能时而向B板、时而向A板运动t/sUB/v0U0-U0BAAB带电粒子射入两块平行极板间的匀强电场中，入射方向跟极板平行，重力忽略.若初动能为Ek，则离开电场时的动能为2Ek，如果初速度增为原来的2倍，则离开电场时的动能为（）A.3EkB.4EkC.17Ek/4D.9Ek/2C过程一:过程二:解：带电粒子在匀强电场中做类平抛运动KkEEqEy21①201)(21vLay②KkEEqEy4'2③202)2(21vLay④214yy⑤联立②④两式可得联立①③⑤式可得kkEE417'⑥练习1如图所示，有一电子(电量为e、质量为m)经电压U0加速后，沿平行金属板A、B中心线进入两板，A、B板间距为d、长度为L，A、B板间电压为U，屏CD足够大，距离A、B板右边缘2L，AB板的中心线过屏CD的中心且与屏CD垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。练习2解：θ'y对加速过程由动能定理：20021mveUy20221vLmdqU212at200mdvqULvvytanθ=/22yLLdUUl0245y/解得：