9.5 带电粒子在电场中的运动（2）加速与偏转 课件-2022-2023学年高二上学期物理沪科版（2020）必修第三册

高中物理 必修三 第九章 静电场 第五节 带电粒子在电场中的运动（2） 加速与偏转 北京正负电子对撞机的北京谱仪 故事还要从上个世纪80年代说起，中科院北京高能物理研究所正式落成“北京正负电子对撞机”，宣告着中国高能物理领域打破了国外的技术封锁。开启了该领域的新纪元。图中仅仅展示了北京正负电子对撞机一部分，名为北京普仪。那整体长什么样子呢？我们来通过一段视频来了解一下 2 先研究直线加速部分 所以高能物理的基本原理就是对撞，而撞击需要巨大的能量。那运动的粒子主要指的是什么种类的能量呢？动能！，动能与速度有关。那改如何加速呢？我们通过刚刚的视频，加速部分主要由直线加速部分和环形加速部分。那我们先来研究加速部分。 4 + - d - U 一、加速电场 质量为m的电子在两极板之间的负极附近静止释放，做什么运动？ 电子在做初速度为零的匀加速直线运动 在匀强电场中受恒定电场力 匀强电场的电场强度与电势差的关系: 根据电场力公式： 根据牛顿第二定律： ··························① ···② ·························③ 联立①②③得加速度： ······················④ 根据运动学公式： ·························⑤ 联立④⑤得速度： 忽略重力 m v0=0 F电 老师经过查阅资料。发现直线加速部分可以化简为以上结构。此装置简称为加速电场。 5 一、加速电场 质量为m的电子在两极板之间的负极附近静止释放，做什么运动？ 可否从功能关系考虑求解电子的末速度？ 电子在匀强电场中只有电场力做功 根据动能定理： 又根据电场力做功和电势差之间的关系： 由于 v0 = 0，也可得 + - d - U m v0=0 F电 一、加速电场 两种求解电子末速度的方法，哪一种适用性更广？ 牛顿运动力学 功能关系 仅适用于匀强电场 适用于任何电场 + - d - F电 U m v0=0 7 再研究环绕部分 那直线加速部分由于装置的特殊性，只能一次性加速。不能反复加速。因此就设计了环形加速部分。在直线加速度到环形加速。则必须要经过转弯。那如何转弯呢。 8 二、偏转电场 + - d - F电 U m v0=0 - - - - - 偏转装置 曲线运动： 受力方向和运动方向不在一条直线上 直线运动： 受力方向和运动方向在一条直线上 如果是两个密封板子，电子无法出去。可以在极板开个小槽。我们希望电子转弯。那这两部分的运动显然是不同的。在加速电场中显然是直线运动。而另一部分显然是曲线运动。那直线运动和曲线运动在力学角度上有什么不同呢、 9 阴极金属 汤姆逊 1856—1940 阴极射线管 阳极金属 荧光屏 狭缝 如何使电子束偏转？ 阴极射线管可以产生阴极射线，阴极射线的本质就是电子流。我们可以借助阴极射管来模拟研究电子在对撞机中是如何实现让电子转弯的。 10 d - F电 U m v0 + - + - + - + - + - + - 当平行金属板之间施加如图电压时 当平行金属板之间未加电压时 电子束不发生偏转 电子束将在电场力中向下偏转 匀速直线 运动类型？ 类平抛运动 L 无电压 抛物线 二、偏转电场 - F电 - F电 - F电 - F电 - F电 - F电 12 d - F电 U m v0 + - + - + - + - + - + - 电子在水平方向的分运动： L 速度为 v0 的匀速直线运动 运动时间： 电子在竖直方向的分运动： 初速度为0的匀加速直线运动 y 竖直方向加速度为： 竖直方向位移为： 离开电场的速度该如何求解？ 位移偏转角该如何求解？ 离开电场之后做什么运动？ 二、偏转电场 速度偏转角该如何求解？ 离开电场不受电场力 做匀速直线运动 13 示例1 下列粒子初速度为零，经过电压为U的加速电场加速后，速度最大的是（ ） （A）镁离子 （B）氚核 （C）α粒子 （D）钠离子 解：根据功能关系 得到 显然最后的速度与q/m（比荷）有关 C 14 变式1 四个粒子以相同的初速度进入偏转电场，轨迹如图所示，（ ） （A） （B） （C） （D） 解：粒子在偏转电场中的水平分运动是匀速直线运动 B ① ② ③ ④ 故 得： 15 课堂小结 U加速 - U偏转 带电粒子在电场中由于受到电场力的作用产生加速度，其速度大小和方向都可能发生变化。 带电粒子在电场中沿直线加速和偏转是两种最基本的运动情况。 16 17 完成作业10 课堂作业 Lavf59.6.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.39 Lavf59.6.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.