10.5带电粒子在电场中的运动课件(共17张PPT) 高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

(共17张PPT)
医疗设备——医用直线加速器
10.5 带电粒子在电场中的运动
第十章 静电场中的能量
中科院HEPS直线加速器
导入新课
古代，人们用弩来加速箭，箭的速度能达到102 m/s数量级；后来，人们又在枪膛中用火药加速子弹，子弹的速度能达到103 m/s数量级；而现代，科技工作者需要用高速的微观粒子轰击另一微观粒子来进行科学研究，其速度的数量级达到107 m/s，是怎样加速粒子的呢？
弩加速箭
火药加速子弹
3.某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定。
1.带电的基本粒子（微观）：如电子、质子、α粒子、正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但不能忽略质量）。
2.带电微粒（宏观）：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。
1、动力学求解：
A
B
U
d
E
+
F
v
由牛顿第二定律：
由运动学公式：
电场力:F =qE
【例题】在加上电压U并处于真空中相距d的平行金属板间有一正电荷q, 质量为m,只在电场力作用下从静止释放，电荷将做什么运动？到达B板的速度多大？
2、能量观点：
由动能定理 ：
粒子加速后的速度与板间距离无关只与加速电压有关
一、带电粒子在电场中加速
练习、(多选)如图为某直线加速器简化示意图，设n个金属圆筒沿轴线排成一串，各筒相间地连到正负极周期性变化的电源上，质子束以一定的初速度v0沿轴线射入圆筒实现
加速，则(　 BC )
A． 质子在每个圆筒内都做加速运动
B． 质子只在圆筒间的缝隙处做加速运动
C． 质子穿过每个圆筒时，电源的正负极要改变
D． 每个筒长度都是相等的
二、带电粒子在电场中偏转
如图一带正电粒子以垂直匀强电场的场强方向以初速度v0射入电场，若不计粒子的重力，带电粒子的运动轨迹如何？
l
d
+
- - - - - - - - - - -
+ + + + + + + + +
U
v0
F
+
v
v0
vy
y
θ
偏转角（偏向角）
偏移距离（侧移距离或侧移量）
l
d
+
- - - - - -
+ + + + + +
U
v0
F
+
v
v0
vy
y
θ
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：匀加速直线运动
1.飞行时间:
2.加速度:
3.竖直分位移（偏移距离）:
4.速度偏向角:
3.竖直分速度：
二、带电粒子在电场中偏转
与粒子比荷q/m成正比
与粒子初速度v0平方成反比
与电场的属性U、l、d有关
与粒子比荷q/m成正比
与粒子初速度v0平方成反比
与电场的属性U、l、d有关
由此可得到两个结论：
1.初速度相同的带电粒子，无论m、q是否相同，只要 q/m 相同，则偏转距离 y 和偏转角度 θ 都相同。(即轨迹重合)
2.初动能相同的带电粒子，只要 q 相同，无论 m 是否相同，则偏转距离 y 和偏转角度 θ 都相同。 (即轨迹重合)
当偏转电场的U、L、d一定：
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
φ
v
v0
vy
y
+
_
U1
U2
v0
L
-q
m
三、 加速和偏转一体
在示波管模型中，带电粒子经加速电场U1加速，再经偏转电场U2偏转后，需再经历一段匀速直线运动才会打到荧光屏上而显示亮点P，如图6－3－7所示．
图6－3－7
四、 加速和偏转、匀速直线一体
+
+
+
-
-
-
v0
L
P
Y
y

+
+
-
-
示波管
问题拓展：若粒子是从静止经过电场加速电压U1加速后进入偏转电场U2发生侧移y；离开电场后，打在荧光屏上形成光斑，光斑距荧光屏中心的距离Y。请结合前面结论，推出y与Y的表达式。
d
l/2
y
v0
-q
v
v0
v⊥
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
l
Y
L
U2
荧光屏
光斑
U1
-
θ
θ
推导过程
①
③
②
④
课堂小结
动力学分析
功能关系分析
带电粒子在电场中的加速
带电粒子在电场中的偏转
示波管的原理
动力学分析
运动过程分析
带电粒子在
电场中的运动
图6－3－9
B
当堂训练
1．如图所示，一平行板电容器充电后与电源断开，此时两板间的电势差为U，板间距离为d，A板带正电，B板中央有一小孔。一带正电的微粒，电荷量为q，质量为m，自孔的正上方距板高h处自由下落，若微粒恰能落至A、B板的正中央C点，不计空气阻力，重力加速度为g，则下列说法正确的是（　　）
A．微粒在下落过程中动能逐渐增加，重力势能逐渐减小
B．微粒落入电场中，电势能逐渐减小，其减小量为
C．若微粒从距B板高2h处自由下落，则恰好能到达A板
D．若保持A板不动，B板上平移一小段距离（小于h），则由 可知，电场强度将减小
【答案】C
当堂训练
2．如图所示，真空中平行金属板M、N之间距离为d，两板所加的电压为U。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从M板由静止释放。不计带电粒子的重力。
（1）求带电粒子所受的静电力的大小F；
（2）若在带电粒子运动d/2，距离时撤去所加电压，求该粒子从M板运动到N板经历的时间t。
【答案】（1） ；（2）
当堂训练
3.如图，水平放置的两平行金属板，板长为l、板间距为d，一束电子以v0的初速度从两板中央水平射入板间，然后从板间飞出射到距板、宽D 的荧光屏上（荧光屏中点在两板中垂线上）。
⑴电子飞入两板前所经历的加速电场的电压多大？
⑵为了使电子能射至荧光屏上，求图中D应满足的条件？
⑶为了使电子能射至荧光屏上，求偏转电压UAB的范围？
L
v0
l
D
解：⑴设加速电压为U1，则
⑵电子的最大偏移量为d/2
v
O
得：
A
B
⑶电子达到荧光屏边缘，对应的偏转电压最大。
当堂训练