物理人教版（2019）必修第三册10.5 带电粒子在电场中的运动（共30张ppt）

(共30张PPT)
重力远小于静电力。
3、有时要粒子的运动状态来判断受力情况。
电场中带电粒子的重力问题：
1、基本粒子：如电子，质子，α粒子，正负离子等。除非有说明，一般都不计重力。
2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明，一般都计重力。
带电粒子在电场中的加速
一
问题引入：为什么研究带电粒子的加速问题？
在原子物理、核物理领域，带电粒子被加速成高能粒子，轰击原子、原子核，帮助人类认识物质微观结构。
北京正负电子对撞机
在医学领域，带电粒子被加速后，轰击金属靶，产生的射线，用于放射治疗。
问题：同学们利用前面所学静电场内容，自己设定情景，设计一个用于加速质子的加速器模型。
A
B
U
+
+
-
+
U
A．氕核 B．氘核 C．氚核 D．一样大
例1：氢的三种同位素氕、氘、氚的原子核分别为、、（质量分别为、2电量均为）。它们以相同的初动能垂直进入同一匀强电场，离开电场时，末动能最大的是（ ）
A
带电粒子在电场中的偏转
二
情景：水平放置的两平行板间距为d，板长为l，电势差为U；质量为m，电荷量为+q的粒子以初速度为v0沿平行于极板方向射入电场，并射出（忽略粒子所受重力）。
问题1：根据题目画出示意图，并分析带电粒子做什么运动？
问题3：求带电粒子射出电场时偏离入射方向的距离y和偏转的角度θ。
问题4：求带电粒子射出电场时的速度大小v。
问题2：猜想一下：带电粒子射出电场时偏离入射方向的距离y和偏转的角度θ与哪些因素有关？
例2：质子（质量为、电量为）和α粒子（质量为、电量为）以相同的初速度垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转角正切之比为，侧移之比为 。
变式：质子（质量为、电量为）和α粒子（质量为、电量为）以相同的初动能垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转角正切之比为，侧移之比为 。
2:1
2:1
1:2
1:1
例3：某种金属板M受到一束紫外线照射时会不停地发射电子，射出的电子具有不同的方向，速度大小也不相同。在M旁放置一个金属网N。如果用导线将M、N连起来，从M射出的电子落到N上便会沿导线返回M，从而形成电流。现在不把M、N直接相连，而按图10.5-7那样在M、N之间加电压U，发现当U＞12.5V时电流表中就没有电流。问：被这束紫外线照射出的电子，最大速度是多少？
拓展一：先加速后偏转问题
推论：几种不同的带电粒子，由静止经同一电场加速再进入同一偏转电场，离开时的偏移量y和偏转角θ相同，与粒子的q、m无关。若为同种电荷，轨迹会重叠。
例4：让一价氢离子、一价氦离子、二价氦离子的混合物静止开始经过同一电场加速，然后在同一偏转电场中偏转，它们是否会分离成三股离子束？请通过计算加以说明。
例5：如图，质子（质量为、电量为）和二价氦离子（质量为、电量为）的混合体，经同一加速电场加速后垂直射入同一偏转电场中，偏转后打在同一荧光屏上，则它们（ ）
A．侧移相同
B．偏转角相同
C．到达屏上同一点
D．到达屏上不同点
ABC
y
θ
+
-
+
v
v
拓展二：（类）平抛运动的特殊规律
证明：偏转电场中，速度v的反向延长线交于水平位移l的中点。
+
Y？
L
θ
y
问题：设偏转电场极板长度为L，荧光屏到偏转电场的距离也为L，粒子出电场后做什么运动？设粒子打在屏上的位置到屏中心距离为Y，请用y、L、θ表示Y。
变式：已知电子质量为m，电荷量为e。加速电压极板长偏转电极的电压板间距、极板右端到荧光屏的距离。求：电子打到屏上时的偏移量。及偏移距离y、L、l表示。）
思维挑战：电子连续不断的从电子枪发射出来，若U2随时间变化，对会有怎样的影响？
带电粒子在电场中的运动
——示波管的原理
示波器的原理
拓展一
加速电压
电子枪
偏转电极
亮斑
亮斑
荧光屏
电子枪
产生高速飞行的电子束
加速电压
两端加待显示的信号电压，
使电子沿方向偏移。
锯齿形扫描电压，
使电子沿方向偏移。
作用：
示波管的构造
思考与讨论1：如果在 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间加按图示的规律变化的电压，电子会打到荧光屏上的什么位置？
UY
t
O
T
时刻 0 T/8 T/4 3T/8 T/2 5T/8 3T/4 7T/8 T
Y Ym
X
偏移距离Y 随信号电压同步连续变化，且由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，我们会看到一条竖直的亮线。
Um
-Um
思考与讨论4：如果在 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间加按图示的规律变化的电压，电子会打到荧光屏上的什么位置？
Xˊ
X
Y
Yˊ
Yˊ 随信号电压同步连续变化，但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，我们会看到一条竖直的亮线。
思考与讨论4：如果在 YYˊ 之间不加电压，而在 XXˊ 之间加按图示的规律变化的电压，电子会打到荧光屏上的什么位置？
偏移距离X 随信号电压同步连续变化，但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，我们会看到一条水平的亮线。
时刻 0 T/8 T/4 3T/8 T/2 5T/8 3T/4 7T/8 T
Y
X Xm
总结：若 XXˊ 所加的电压为特定的周期性变化电压，则亮斑在水平方向来回运动匀速扫描，如果扫描电压变化很快，亮斑看起来为一条水平的亮线。
示波器图象
UX
t
扫描电压
O
Xˊ
X
Y
思考与讨论3：如果在 YYˊ 之间加如图所示的交变电压，同时在 XXˊ 之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？
A
B
C
D
F
Xˊ
t
O
UY
UX
O
t
A
B
C
D
E
E
F
T
T
Xˊ
X
Y
Yˊ
如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象。
示波器图象
t
O
UY
UX
O
t
Xˊ
X
Y
Yˊ
示波器利用高速电子组成电子束，在信号电压的作用下就好像一直笔，将看不见的信号电压描绘在涂有荧光物质的屏幕上。
示波管是示波器的核心元件
多级直线加速器的原理
拓展二
问题：如图所示，是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为、电量为的质子，以极小的初速度由小孔进入电场，当间电压为时，粒子到达板的速度为，如果要使这个带电粒子到达板的速度增大，则下述方法能满足要求的是（ ）
A、使间电压减小
B、使间电压增大
C、使间距离减小
D、使间距离增大
B
若板间距离1cm，当电压达到30kv，空气被击穿，提高电压是提高速度的有效措施，但存在击穿电压以及安全性，电压不能过高，速度不能达到要求。如何解决？
（阅读教材思考问题——多级直线加速器）
1、设金属圆筒内部没有电场，且每个圆筒间的缝隙宽度很小，电子从圆板由静止开始加速，穿过缝隙的时间可忽略不计。
2、为达到最佳加速效果，需要调节至电子穿过每个圆筒的时间恰为交流电的半个周期。
请对上述两个问题给予解释
若电子的质量为m，电荷量为-e，交变电源的电压为U，周期为T，两圆筒间隙的电场可视为匀强电场，圆筒内场强均为0。不考虑电子通过圆筒间缝隙的时间。求：电子进入圆筒n时的速度vn，并计算第n个圆筒的长度Ln。