帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件9-(新人教版選修3-1)(已修改)
2025-08-05 17:33 本頁(yè)面
【正文】 儀器名稱：示波器 型 號(hào)： COS5100 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，數(shù)以 10億計(jì)的電子就將從這條加速管中以接近光速?zèng)_進(jìn)儲(chǔ)存環(huán)中發(fā)生碰撞 北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)加速器的起點(diǎn) 帶電粒子在電場(chǎng) 中的運(yùn)動(dòng) 某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來判定 電場(chǎng)中的帶電粒子一般可分為兩類： 帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子， α粒子，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和電場(chǎng)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(zhì)量）。 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。 帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中 運(yùn)動(dòng)情況： 受到恒定的電場(chǎng)力 受力情況： 做勻變速運(yùn)動(dòng) 一 . 帶電粒子在電場(chǎng)中的加速 用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析 用動(dòng)能定理分析 00 ?v ??tvUE1 （加速電壓） q U m + _ 帶電粒子的加速 d 受力分析 : 水平向右的電場(chǎng)力 F＝ Eq=qU/d F 運(yùn)動(dòng)分析 : 初速度為零 ， 加速度為 a=qU/md的向右 勻加速直線運(yùn)動(dòng) 。 解法一 運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解 mqUdmdqUadv 2222 ???mqUv 2?解法二 運(yùn)用能量知識(shí)求解 mqUvmvqU2212??粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān) 思考題 如兩極板間不是勻強(qiáng)電場(chǎng)該用何種方法求解 ？ 為什么 ？ 由于電場(chǎng)力做功與場(chǎng)強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無關(guān)，第二種方法 仍 適用！ 所以 例 1 結(jié)論： 由于電場(chǎng)力做功與場(chǎng)強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無關(guān)，所以在處理電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的 加速 問題時(shí)，一般都是利用 動(dòng)能定理 進(jìn)行處理。 例 2：如圖所示，在 P板附近有一電子由靜止開始向 Q板運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)情況，下列敘述正確的是： ( ) ，加速的時(shí)間越長(zhǎng) ，加速度就越大，則電子到達(dá) Q板時(shí)的速度就越大 Q板時(shí)的速度與板間距離無關(guān)，僅與加速電壓有關(guān) 距離無關(guān) AC l d + + + + + + + + + + U v0 q、 m 二 . 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn) l d + + + + + + + + + + + + U v0 q、 m F + v v0 vy y θ 偏轉(zhuǎn)角 側(cè)移 二 . 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn) 試根據(jù)類平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，推導(dǎo)偏移量 y和偏轉(zhuǎn)角 θ ：粒子受到豎直向下的靜電力 F＝ Eq=qU/d。 :粒子作 類平拋 運(yùn)動(dòng) 。 x方向： 勻速直線運(yùn)動(dòng) Y方向： 加速度為 的 勻 加速直線運(yùn)動(dòng) 。 mdqUa ? v v0 vy Φ 3. x方向 ?L4. y方向 ?xv?yv ?y 離開電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度的正切： tv020221vLmdqU0v0vLmdqU200 m d vq U Lvv y ???tan y v0 vy F v + + + + + + v0 Y d U Y′ q L 結(jié)論：帶電粒子初速度垂直于電場(chǎng)方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)的問題就是一個(gè) 類平拋 的問題。 粒子在與電場(chǎng)垂直的方向上做 勻速直線運(yùn)動(dòng) 粒子在與電場(chǎng)平行的方向上做 初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng) 例 3 L mqUv 102?122202242 dULUvLmdqUy ??12202t andULUm d vLqU ???三、 加速和偏轉(zhuǎn)一體 + + + + + + φ v0 vy + _ U1 U2 v0 q m y 讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物經(jīng)過同一加速電場(chǎng)由靜止開始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)里偏轉(zhuǎn)，在通過加速電場(chǎng)時(shí)獲得的動(dòng)能是否相同？通過偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，它們是否會(huì)分為三股？請(qǐng)說明理由。 答案： 通過加速電場(chǎng)時(shí)獲得的動(dòng)能 Ek=qU,加速電壓相同，二價(jià)氦離子電荷量最大，所以二價(jià)氦離子獲得動(dòng)能最大。 粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)決定，所以三種粒子不可能分開為三股。 122202242 dULUvLmdqUy ?? vy y L + + + + + + φ v0 + U1 U2 v0 q m 思考題 例 4：離子發(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為 m，電荷量為 q
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