10.5 带电粒子在电场中的运动 课件 (共23张PPT) 高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

(共23张PPT)
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。
在原子物理、核物理等领域，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。
新课导入
那么怎样才能得到高能量（高速度）的粒子了？
10.5带电粒子在电场中的运动
第十章 静电场中的能量
解析：
【例题1】如图所示，真空中平行金属板A、B之间的距离为d，有一个质量为m电荷量为q的正离子位于A板旁，给两金属板加直流电压U，把两板间的电场看做匀强电场。求：该粒子从A板由静止开始运动到达B板时的速度vB。
法一:利用运动和力的观念
法二:利用功和能的观念
电压U越大，粒子的速度就越大。但电压不可能很大，所以，就难以获得足够大的速度。
问题：如图多个平行板连接，能否加速粒子？
U
＋
＋
＋
－
－
－
A
B
C
D
E
F
提出新问题
怎么办
？
需在平行板之间交流电源
多级直线加速器示意图
U
~
＋
－
因带电粒子要在每个电场中都做加速，故粒子在每个电场中的运动时间需跟交变电流周期同步。
U
0
u0
-u0
t
T
2T
t
多级直线加速器
多级直线加速器
金属圆筒的长度是否有讲究？
【例题2】如图此时位于和偶数圆筒相连的金属圆板（序号为0）中央的一个电子，在圆板和圆筒1之间的电场中由静止开始加速，沿中心轴线冲进圆筒1。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，圆筒长度的设计必须遵照一定的规律。若已知电子的质量为m、电子电荷量为e、电压的绝对值为u，周期为T，电子通过圆筒间隙的时间可以忽略不计。则金属圆筒的长度和它的序号之间有什么定量关系？第n个金属圆筒的长度应该是多少？
分析：
由于金属导体的静电屏蔽作用，会使金属圆筒内部的电场强度等于0，电子在各个金属圆筒内部都不受静电力的作用，故它在圆筒内的运动是匀速直线运动，
在板间做匀加速直线运动。
又因为粒子加速与极板间的距离无关，所以板间距离可以很小，电子通过圆筒间隙的时间可以忽略不计。
U
0
u0
-u0
t
T
2T
t
思考：请问粒子在圆筒中运动时间与交流电周期的关系？
u
0
u0
-u0
t
T
2T
t
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，为，所以每个圆筒的长度等于 l =v 。
故粒子进入第n个筒后的速度为v，根据动能定理：
l =v
ln
思考：能否让粒子在电场中走出一条我们想看到的去曲线了？
二、带电粒子在电场中的偏转
如果带电粒子以初速度v0垂直进入匀强电场中，该粒子将做什么运动？
在垂直于电场线方向上不受任何力，做匀速直线运动。
在平行于电场线方向，受到静电力,做初速度为0的匀加速直线运动。
带电粒子做类平抛运动
垂直电场方向：匀速直线运动
沿电场方向：初速度为零的匀加速直线运动
v0
q、m
L
d
- - - - - - - - - -
+ + + + + + + + +
U
+
+
+
v
v0
y
a
v0
q、m
L
d
- - - - - - - - - -
+ + + + + + + + +
U
+
+
+
v0
y
a
(1)沿初速度方向：
(2)垂直于初速度方向：
（1）偏转距离：
（2）偏转角度：
a
速度的反向延长交于水平位移的中点
【练习3】（多选）（2022·福建宁德·高二期末）一电子（电荷量大小为e，质量为m）由静止释放，经U1的加速电压加速后，沿平行于板面方向进入匀强电场。如图所示，两板相距为d，板长为l，极板间的电压为U2。电子射出偏转电场时速度偏转角为θ，偏移的距离为y。则下列选项正确的是（　　）
A．偏转电场中电场线竖直向上
B．加速电场中左极板电势较低
C．
D．
BC
Y
荧光屏
光斑
X
求打在光屏上的距离Y？
【练习4】如图，一带正电荷的粒子以竖直向上的速度v从P点进入水平向右的匀强电场中，已知粒子所受重力与其所受的电场力大小相等。与在P点相比，粒子运动到最高点时（ ）
A．电势能增加，动能不变
B．电势能减小，动能不变
C．重力势能增加，动能减小
D．重力势能增加，动能增加
B
加速电压
电子枪
偏转电极
亮斑
亮斑
荧光屏
电子枪
产生电子束
加速电压
两端加上电压，使电子沿Y’方向偏移。
左右两端加上电压，使电子沿X’方向偏移。
示波管的构造
三、示波管的原理
思考与讨论1：如果在电极 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间也不加电压，电子将打在荧光屏的什么位置？
-
+
Xˊ
Xˊ
X
X
Y
Yˊ
Yˊ
Y
电子枪
偏转电极
荧光屏
思考与讨论2：如果在电极 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间加不变电压，使Y 的电势比 Yˊ 高，电子将打在荧光屏的什么位置？
-
+
Xˊ
Xˊ
X
X
Y
Yˊ
Yˊ
Y
电子枪
偏转电极
荧光屏
思考与讨论3：如果在电极 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间加不变电压，使 Y ˊ 的电势比Y 高，电子将打在荧光屏的什么位置？
-
+
Xˊ
Xˊ
X
X
Y
Yˊ
Yˊ
Y
电子枪
偏转电极
荧光屏
思考与讨论
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，在荧光屏会看到的什么样的图形？
Xˊ
X
Y
Yˊ
UY
t
O
Yˊ 随信号电压同步变化，但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，只能看到一条竖直的亮线。
-
+
Xˊ
Xˊ
X
X
Y
Yˊ
Yˊ
Y
电子枪
偏转电极
荧光屏
思考与讨论5：如果在电极 YYˊ 之间不加电压，而在 XXˊ 之间加不变电压，使 X 的电势比 Xˊ 高，电子将打在荧光屏的什么位置？
-
+
Xˊ
Xˊ
X
X
Y
Yˊ
Yˊ
Y
电子枪
偏转电极
荧光屏
思考与讨论6：如果在电极 YYˊ 之间不加电压，而在 XXˊ 之间加不变电压，使 X ˊ 的电势比 X 高，电子将打在荧光屏的什么位置？
UX
t
扫描电压
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一一扫描，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
O
Xˊ
X
Y
Yˊ
思考与讨论6：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
A
B
C
t1
D
E
F
t2
Xˊ
X
Y
Yˊ
t
O
UY
UX
O
t
A
B
C
D
E
E
F
t2
t1
t2
t1
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
【练习4】（2022·湖北·襄阳五中模拟预测）图甲为示波管的原理图。电子枪源源不断发射的电子经前面的加速电压加速之后已经获得了极大的速度，如果在电极 之间所加的电压按图乙所示的规律变化，在电极 之间所加的电压按图丙所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形可能为（　　）
A． B．
C． D．
B