【課件】帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)+課件-高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊(cè)

醫(yī)療設(shè)備——醫(yī)用直線加速器10.5帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第十章

靜電場(chǎng)中的能量中科院HEPS直線加速器注：帶電粒子所受重力一般遠(yuǎn)小于電場(chǎng)力，一般都不考慮重力(有說(shuō)明或暗示除外).

2、宏觀帶電微粒：如帶電小球、液滴、油滴、塵埃等.帶電粒子一般可分為兩類(lèi)1、微觀帶電粒子（基本粒子）：如電子、質(zhì)子、α粒子，正負(fù)離子等.注：一般都考慮重力(有說(shuō)明或暗示除外).②一般來(lái)說(shuō)，粒子即使不考慮重力，也不能忽略質(zhì)量①帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)判定。帶電粒子進(jìn)入電場(chǎng)受到電場(chǎng)力電場(chǎng)力與速度方向相同做直線運(yùn)動(dòng)電場(chǎng)力與速度方向有夾角做曲線運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)中的二類(lèi)基本運(yùn)動(dòng)：【1】帶電粒子在電場(chǎng)中的加速【2】帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分析1、動(dòng)力學(xué)求解：ABUdE+Fv由牛頓第二定律：由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式：電場(chǎng)力:F=qE【例題】在加上電壓U并處于真空中相距d的平行金屬板間有一正電荷q,質(zhì)量為m,只在電場(chǎng)力作用下從靜止釋放，電荷將做什么運(yùn)動(dòng)？到達(dá)B板的速度多大？2、能量觀點(diǎn)：由動(dòng)能定理

：

粒子加速后的速度與板間距離無(wú)關(guān)只與加速電壓有關(guān)

帶電粒子在電場(chǎng)中加速當(dāng)堂訓(xùn)練2、如圖所示，M、N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質(zhì)量為m、電量為+q的帶電粒子，以極小的初速度由小孔進(jìn)入電場(chǎng)，當(dāng)M、N間電壓為U時(shí)，粒子到達(dá)N板的速度為v，如果要使這個(gè)帶電粒子到達(dá)N板的速度為2v

，則下述方法能滿足要求的是（）

A、使M、N間電壓增加為2U

B、使M、N間電壓增加為4U

C、使M、N間電壓不變，距離減半

D、使M、N間電壓不變，距離加倍Ud+MNB如圖所示，水平放置的平行板電容器上極板上開(kāi)有一個(gè)小孔，電容器兩極板間距離為d，所加電壓恒定.現(xiàn)將一質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的小球從小孔正上方2d高處由靜止開(kāi)始釋放，從小孔進(jìn)入電容器后恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng).重力加速度為g.（1）求小球剛進(jìn)入電容器時(shí)的速度大??；（2）求電容器兩極板間電勢(shì)差，并判斷上、下極板哪一個(gè)電勢(shì)較高；（3）若在其他條件不變的情況下，僅將下極板向下移動(dòng)距離d，求：①小球在電容器內(nèi)運(yùn)動(dòng)的加速度大??；②小球到達(dá)下極板時(shí)的速度大小.當(dāng)堂訓(xùn)練帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)如圖一帶正電粒子以垂直勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)方向以初速度v0射入電場(chǎng)，若不計(jì)粒子的重力，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如何？ld+-----------+++++++++Uv0F+vv0vyyθ偏轉(zhuǎn)角（偏向角）偏移距離（側(cè)移距離或側(cè)移量）帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)ld+------++++++Uv0F+vv0vyyθ粒子做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)垂直電場(chǎng)方向：勻速直線運(yùn)動(dòng)沿電場(chǎng)方向：勻加速直線運(yùn)動(dòng)1.飛行時(shí)間:2.加速度:3.豎直分位移（偏移距離）:4.速度偏向角:3.豎直分速度：與粒子比荷q/m成正比與粒子初速度v0平方成反比與電場(chǎng)的屬性U、l、d有關(guān)與粒子比荷q/m成正比與粒子初速度v0平方成反比與電場(chǎng)的屬性U、l、d有關(guān)由此可得到兩個(gè)結(jié)論：1.初速度相同的帶電粒子，無(wú)論m、q是否相同，只要q/m相同，則偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角度θ

都相同。(即軌跡重合)2.初動(dòng)能相同的帶電粒子，只要q相同，無(wú)論m是否相同，則偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角度θ

都相同。(即軌跡重合)當(dāng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的U、L、d一定：若粒子帶負(fù)電與粒子帶正電有什么不同之處？以上結(jié)論還成立嗎？思考

++++++------v0【推論】帶電粒子離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí),其瞬時(shí)速度的反向延長(zhǎng)線過(guò)水平位移的中點(diǎn)。且速度偏角正切值是位移偏角正切值的2倍，即試證明：帶電粒子垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)就好象是從初速度所在直線的中點(diǎn)沿直線離開(kāi)電場(chǎng)的。帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的臨介情況討論

思考

帶電粒子經(jīng)同一加速場(chǎng)后又進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)場(chǎng)，請(qǐng)寫(xiě)出豎直分位移（側(cè)移距離）和速度偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系式？并仔細(xì)分析。ABU1E+F--------+++++++++U2+vyθyvv0結(jié)論：不同帶電粒子由靜止經(jīng)同一電場(chǎng)加速，再垂直進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，它們飛出的側(cè)移量y和偏轉(zhuǎn)角θ都是相同的，也就是說(shuō)運(yùn)動(dòng)軌跡是完全重合的，與m、q無(wú)關(guān)，但與電性有關(guān)。帶電粒子經(jīng)同一加速場(chǎng)到同一偏轉(zhuǎn)場(chǎng)如圖，電子在電勢(shì)差為U1的加速電場(chǎng)中由靜止開(kāi)始加速，然后射入電勢(shì)差為U2的兩塊平行極板間的電場(chǎng)中，入射方向跟極板平行。整個(gè)裝置處在真空中，重力可忽略。在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角θ變大的是（）A、U1變大、U2變大B、U1變小、U2變大C、U1變大、U2變小D、U1變小、U2變小B當(dāng)堂訓(xùn)練【例題】如圖所示,初速度為零的α粒子和電子在電勢(shì)差為U1的電場(chǎng)中加速后,垂直進(jìn)入電勢(shì)差為U2的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),在滿足電子能射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的條件下,正確的說(shuō)法是(

)A.α粒子的偏轉(zhuǎn)量大于電子的偏轉(zhuǎn)量

B.α粒子的偏轉(zhuǎn)量小于電子的偏轉(zhuǎn)量

C.α粒子的偏轉(zhuǎn)角大于電子的偏轉(zhuǎn)角

D.α粒子的偏轉(zhuǎn)角等于電子的偏轉(zhuǎn)角DU2U1帶電粒子的偏移量由系統(tǒng)決定,而與粒子的質(zhì)量、電荷量無(wú)關(guān)當(dāng)堂訓(xùn)練+++---v0LPYy?++--示波管問(wèn)題拓展：若粒子是從靜止經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速電壓U1加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)U2發(fā)生側(cè)移y；離開(kāi)電場(chǎng)后，打在熒光屏上形成光斑，光斑距熒光屏中心的距離Y。請(qǐng)結(jié)合前面結(jié)論，推出y與Y的表達(dá)式。dl/2yv0-qvv0v⊥++++++-----lYLU2熒光屏光斑U1-θθ推導(dǎo)過(guò)程①③②④【例題】如圖，水平放置的兩平行金屬板，板長(zhǎng)為l、板間距為d，一束電子以v0的初速度從兩板中央水平射入板間，然后從板間飛出射到距板、寬D的熒光屏上（熒光屏中點(diǎn)在兩板中垂線上）。⑴電子飛入兩板前所經(jīng)歷的加速