資源簡介

(共27張PPT)
第十章 靜電場中的能量
第5節 帶電粒子在電場中的運動
1．會從運動和力的關系的角度、從功和能量變化的關系的角度分析帶電粒子在勻強電場中的加速問題。
2．知道帶電粒子垂直于電場線進入勻強電場運動的特點，并能對偏移距離、偏轉角度、離開電場時的速度等物理量進行分析與計算。
3．了解示波管的基本結構和工作原理.
電子被加速器加速后轟擊重金屬靶時，會產生射線，可用于放射治療。在原子物理、核物理等領域，帶電粒子被加速成高能粒子，轟擊原子、原子核，幫助人類認識物質微觀結構。
電子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢
01 帶電粒子在電場中的加速
帶電粒子加速問題的分析思路
利用牛頓第二定律結合
勻變速直線運動公式來分析
利用靜電力做功結合
動能定理來分析
問題屬于勻強電場且涉及運動時間等描述運動過程的物理量
問題只涉及位移、速率等
動能定理公式中的物理量
或非勻強電場
動力學和運動學角度
做功和能量角度
③某些帶電體是否考慮重力，要根據題目暗示或運動狀態來判定
電場中的帶電粒子一般可分為兩類：
①帶電的基本粒子：如電子，質子，α粒子，正負離子等。這些粒子所受重力和電場力相比小得多，除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質量）。
②帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。
A
B
U
d
E
+
F
v
在加上電壓U并處于真空中相距d的平行金屬板間有一正電荷q, 質量為m,只在電場力作用下從靜止釋放，電荷將做什么運動？
受力分析：
水平向右的電場力
運動分析：
初速度為零，向右勻加速直線運動
加速度
A
B
U
d
E
+
F
v
求電荷到達負極板時的速度？
① 動力學和運動學角度
② 做功和能量角度
A
B
U
d
E
+
F
v
若兩極板間不是勻強電場，求電荷到達負極板時的速度？
只能用做功和能量角度
粒子的初速度為零
粒子的初速度不為零
多級加速
問題：如圖多級平行板連接，能否加速粒子？
U
＋
＋
＋
－
－
－
A
B
C
D
E
F
多級直線加速器示意圖
U
0
u0
-u0
t
T
2T
U
~
＋
－
因交變電壓的變化周期相同，故粒子在每個加速電場中的運動時間相等。
【例題】如圖甲，某裝置由多個橫截面積相同的金屬圓筒依次排列，其中心軸線在同一直線上，圓筒的長度依照一定的規律依次增加。序號為奇數的圓筒和交變電源的一個極相連，序號為偶數的圓筒和該電源的另一個極相連。交變電源兩極間電勢差的變化規律如圖 乙所示。在 t＝0 時，奇數圓筒相對偶數圓筒的電勢差為正值，此時位于和偶數圓筒相連的金屬圓板（序號為0）中央的一個電子，在圓板和圓筒 1 之間的電場中由靜止開始加速，沿中心軸線沖進圓筒 1，為使電子運動到圓筒與圓筒之間各個間隙中都能恰好使靜電力的方向跟運動方向相同而不斷加速，圓筒長度的設計必須遵照一定的規律。若已知電子的質量為m，電子電荷量為 e，電壓的絕對值為 u，周期為 T，電子通過圓筒間隙的時間可以忽略不計。則金屬圓筒的長度和它的序號之間有什么定量關系？第n 個金屬圓筒的長度應該是多少？
如圖一帶電粒子以垂直勻強電場的場強方向以初速度v0射入電場，若不計粒子的重力，求射出電場時沿垂直于板面方向偏移的距離y和速度偏轉的角度θ。
受力分析：
豎直向下的電場力
粒子有水平方向初速度
運動分析：
v0
l
d
- - - - - - - -
+ + + + + + + + +
U
+
+
02 帶電粒子在電場中的偏轉
l
d
- - - - - - - -
+ + + + + + + + +
U
v0
+
+
vy
θ
v
v0
y
垂直電場方向
勻速直線運動
沿電場方向
勻加速直線運動
Y
Y’
X
X’
-
+
-
-
+
-
若金屬平行板水平放置，電子將在豎直方向發生偏轉。
若金屬平行板豎直放置，電子將在水平方向發生偏轉。
偏轉電極的不同放置方式
如果電子在電場中既加速又偏轉會怎樣呢？
03 帶電粒子在電場中的加速偏轉
A
B
U1
E
+
F
- - - - - - - -
+ + + + + + + + +
U2
+
vy
θ
y
v
v0
帶電粒子在電場中先加速后偏轉
① 速度
② 位移
③ 角度
示波器：用來觀察電信號隨時間變化的電子儀器
其核心部分是示波管
04 示波管
加速電壓
電子槍
偏轉電極
亮斑
熒光屏
電子槍
產生高速飛行的電子束
加速電壓
兩端加待顯示的電壓信號，使電子沿Y方向偏移
鋸齒形掃描電壓，使電子沿X方向偏移
示波管的構造及原理
亮斑
示波管
加速電壓
電子槍
偏轉電極
熒光屏
亮斑
加速電壓
電子槍
偏轉電極
熒光屏
亮斑
加速電壓
電子槍
偏轉電極
熒光屏
亮斑
加速電壓
電子槍
偏轉電極
熒光屏
亮斑
加速電壓
電子槍
偏轉電極
熒光屏
鋸齒形掃描電壓
亮線
亮線
如果YY 上接的待測信號電壓是周期性的，且周期與掃描電壓周期相同，則熒光屏上會顯示待測信號在一個周期內變化的穩定圖像
鋸齒形掃描電壓
亮線
1.如圖所示，電子在電勢差為U1的電場中由靜止加速后，垂直射入電勢差為U2的偏轉電場。在滿足電子能射出偏轉電場的條件下，下列四種情況中，一定能使電子的偏轉角變大的是（　　）
A．U1變大，U2變大 B．U1變小，U2變小
C．U1變大，U2變小 D．U1變小，U2變大
D
2.(多選）如圖所示，有兩個相同的帶電粒子A、B，分別從平行板間左側中點和貼近上極板左端處以不同的初速度垂直于電場方向進入電場，它們恰好都打在下極板右端處的C點，若不計重力，則可以斷定（　　）
A．A粒子的初動能是B粒子的2倍
B．A粒子在C點的偏向角的正弦值是B粒子的2倍
C．A、B兩粒子到達C點時的動能可能相同
D．如果僅將加在兩極板間的電壓加倍，A、B兩粒子到達下極板時仍為同一點D（圖中未畫出）
ACD
A．在熒屏上的亮斑向上移動
B．在熒屏上的亮斑向下移動
C．偏轉電場的電場強度減小
D．偏轉電場對電子做的功減少
3.如圖所示的陰極射線管，無偏轉電場時，電子束加速后打到熒屏中央0形成亮斑。如果只逐漸增大MM，之間的電勢差，則（ ）
A

展開更多......

收起↑