[引入]在一些科技领域的工作中,尤其是关于微观粒子的分析研究中,人们需要控制带电粒子的运动,利用电场使粒子加速、利用电场使粒子偏转,就是两种最简单的情况。今天就初步来学习一下这方面的知识。
关于带电粒子,一大类是基本粒子,比如电子、质子、氦核等,虽然它们也要受到万有引力(重力),但与静电力相比,它们小得多,可以忽略。另一类是带电微粒,比如液滴、尘埃、颗粒等,我们一般要考虑重力。当然,是否要考虑重力,有时还要根据题意来进行判断。今天这节课我们不考虑重力的影响,研究粒子在电场中的加速与偏转。
[粒子的加速运动]以一个粒子在由两平行金属板构成的匀强电场中,从一个极板由静止被加速到另一极板的运动过程为例,说明带电粒子在电场中被加速的情况。结合师生互动使用两种方法分别计算粒子到达另一极板时的速度。此时可以给出一个关于计算电子从电子枪射出时的速度(电子枪由一个电子发射装置与一个加速装置构成)的例子让学生训练巩固。
[粒子的偏转]当带电粒子以某个初速度垂直进入匀强电场并射出,粒子会发生一定的偏转,描述这种偏转效果的有两个很重要的物理量即偏位移与偏转角。这两个物理量的计算方法我会在黑板上推导一遍,完了以后要求同学们能自己推导。(事先跟学生讲明)。除了这两个知识点外,还有其它一些知识点也需要学生理解与牢记。如位移偏向角与速度偏向角的关系以及由此而得出的中点关系等。紧接着给出一个相关例题(07年6月底的期末试题)
然后,把加速电场与偏转电场结合起来,得到关于偏位移与速度偏转角的新的表达式以及计算末动能的表达式。接着给出以电子、质子、氦核由静止经相同电压加速后垂直电场进入同一匀强电场的运动情景,比较最后离开电场时的偏角、动能、速率。