10.5 带电粒子在电场中的运动（教学课件）——高中物理人教版（2019）必修第三册（24张PPT）

(共24张PPT)
第十章
静电场中的能量
第5节
带电粒子在电场中的运动
问题与目标
1.通过探究活动结合生活实际，认识理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转方向的问题。
2.引导学生经历科学探究过程，知道示波管的构造和基本原理，能解释相关的物理现象
（1）动能定理的表达式是什么?
（2）平抛运动的结论和推论是什么?
（3）静电力做功的计算方法有哪些?
知识回顾
电子被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于放射治疗。图中展示了一台医用电子直线加速器。电子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？
带电粒子在电场中受到静电力的作用会产生加速度，使其原有速度发生变化。在现代科学实验和技术设备中，常常利用电场来控制或改变带电粒子的运动。
利用电场使带粒子加速的具体应用有哪些呢？本节课我们就以匀强电场为例来研究这个问题。
1.带电粒子在电场中的加速
怎样改变物体的速度？
要使带电粒子在电场中只被加速而不改变运动方向该怎么办?
合力与初速度在一条直线上，改变速度的大小；合力与初速度成90°，仅改变速度的方向；合力与初速度成一定角度θ，既改变速度的大小，又改变速度的方向。
带电粒子的速度方向与电场强度的方向相同或相反。
阅读教材第44～45页例题1
金属导体内部的电场强度是什么情况?
由于静电屏蔽金属导体内部的电场强度等于0。
电子在金属圆筒内部做什么运动?在相邻圆筒的间隙中做什么运动?
电子在各个金属圆筒内部都不受静电力的作用，它在圆筒内做匀速直线运动，只是在相邻圆筒的间隙中才会被加速。
怎样保证电子不断加速?
电子每次到达间隙处的电场强度都必须向左。
为使电子运动到圆筒与圆筒之间各个间隙中都能恰好使静电力的方向跟运动方向相同而不断加速，电场强度的方向如何周期性变化?
在同一间隙中，电场强度的方向是周期性变化的，每半个周期，电场强度的方向左右变化一次。如果电子匀速穿过每个圆筒运动的时间恰好等于交变电压的周期的一半，它就能踏准节奏，每到达一个间隙，恰好是该间隙的电场强度变为向左的时刻。
金属圆筒的长度和它的序号之间有什么定量关系?
由于电子通过每一个间隙所增加的动能都等于eu，由此可知电子在各个圆筒内的动能和速度，而各个圆筒的长度应该等于电子在该圆筒中的速度大小与交变电压的半个周期的乘积。
2.带电粒子在电场中的偏转
如图所示，电子以初速度v0垂直于电场线射入匀强电场中。
（1）带电粒子的受力情况是怎样的?
（2）你认为这种情况同哪种运动类似，这种运动的研究方法是什么?
（3）你能类比得到带电粒子在电场中运动的研究方法吗?
带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时，受到恒定的与初速度方向成90°角的静电力作用而做匀变速曲线运动，类似于力学中的平抛运动，平抛运动的研究方法是运动的合成和分解。带电粒子垂直进入电场中的运动也可采用运动的合成和分解的方法来进行。
深入探究：
如图所示，质量为m、电荷量为q的粒子以初速度v0垂直于电场方向射入两极板间，两平行板间存在方向竖直向下的匀强电场，已知板长为l，板间电压为U，板间距离为d，不计粒子的重力。求：
(1)粒子的加速度大小是多少?方向如何?
做什么性质的运动?
(2)求粒子通过电场的时间及粒子离开电场
时水平方向和竖直方向的速度，以及合速
度与初速度方向的夹角θ的正切值。
(3)求粒子沿电场方向的偏移量y。
(2)如图所示：
总结：
3.示波管的原理
随堂小练
1.一个电子穿过某一空间而未发生偏转，则(
)
A．此空间一定不存在磁场
B．此空间一定不存在电场
C．此空间可能同时有电场和磁场
D．此空间可能只有匀强磁场，方向与电子速度方向垂直
C
C
3.在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动,关于电子到达Q板时的速率,下列解释中正确的是(?
?)
A.两板间距离越大,加速的时间就越长,则获得的速率越大
B.两板间距离越小,加速度就越大,则获得的速率越大
C.与两板间的距离无关,仅与加速电压U有关
D.以上解释都不正确
C
C