【課件】帶電粒子在電場中的運(yùn)動課件高二上學(xué)期物理人教版必修第三冊(共25張)

第十章

靜電場中的能量10.5帶電粒子在電場中的運(yùn)動目錄二、知識講解三、小結(jié)四、練習(xí)一、上節(jié)回溯一、上節(jié)回溯1．電容器2．電容器的充電3．電容器的放電4．電容5．電容的單位二、知識講解——帶電粒子在電場中加速問題引入電子被加速器加速器加速后轟擊重金屬靶時(shí)，會產(chǎn)生射線，可用于放射治療，下圖展示了一臺醫(yī)用電子直線加速器。電子在加速器中是受什么力的作用而加速的呢？帶電粒子在電場中的運(yùn)動情況思考：如圖所示，將一帶電粒子靜止置于平行金屬板間，粒子將如何運(yùn)動？1．粒子繼續(xù)靜止在平行金屬板之間：

這種情況，只出現(xiàn)在粒子所受靜電力與粒子所受重力大小相等，方向相反的情況下。＋－Uq微觀粒子：如電子、質(zhì)子、離子等，一般不考慮其重力，只考慮其質(zhì)量

帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，一般不能忽略其重力二、知識講解——帶電粒子在電場中加速帶電粒子在電場中的運(yùn)動情況思考：如圖所示，將一帶電粒子靜止置于平行金屬板間，粒子將如何運(yùn)動？2．粒子做勻加速直線運(yùn)動：

不考慮粒子所受重力，粒子只受靜電力作用，運(yùn)動方向與受力方向在同一直線上，粒子則在平行金屬板間做勻加速直線運(yùn)動。＋－Uq二、知識講解——帶電粒子在電場中加速帶電粒子在電場中的運(yùn)動情況思考：如果帶電粒子，沿平行于電場線方向帶有初速度釋放進(jìn)入電場，那么帶電粒子運(yùn)動情況如何?1．重力和靜電力合力為零，勻速直線運(yùn)動2．只考慮靜電力或合力不為零，勻變速直線運(yùn)動＋－Uq二、知識講解——帶電粒子在電場中加速帶電粒子在電場中的加速

二、知識講解——帶電粒子在電場中加速例題：

如圖10.5-1甲，某裝置中，多個(gè)橫截面積相同的金屬圓筒依次排列，其中心軸線在同一直線上，圓筒的長度依照一定的規(guī)律依次增加。序號為奇數(shù)的圓筒和交變電源的一個(gè)極相連，序號為偶數(shù)的圓筒和另一個(gè)極相連。

交變電源兩極間的電勢差的變化規(guī)律如圖10.5-1乙所示。在t＝0時(shí)，奇數(shù)圓筒相對偶數(shù)圓筒的電勢差為正值，此時(shí)位于和偶數(shù)圓筒相連的金屬板（序號為0）中央的一個(gè)電子，在圓板和圓筒1之間的電場中央由靜止開始加速，沿中心軸線沖進(jìn)圓筒1。

為使電子運(yùn)動到圓筒與圓筒之間各個(gè)縫隙中都能恰好使靜電力方向跟運(yùn)動方向相同不斷加速，圓筒長度的設(shè)計(jì)必須遵照一定的規(guī)律。若已知電子的質(zhì)量為m、電子的電荷量為e、電壓的絕對值為u，周期為T，電子通過圓筒間隙的時(shí)間可以忽略不計(jì)。則金屬圓筒的長度和它的序號之間有什么定量的關(guān)系？第n個(gè)金屬圓筒的長度應(yīng)該是多少？二、知識講解——帶電粒子在電場中加速圖

10.5-1甲圖

10.5-1乙分析

如圖10.5-1所示，因?yàn)殪o電平衡金屬導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零，電子在各個(gè)金屬圓筒內(nèi)部都不受靜電力作用，它在圓筒內(nèi)做勻速直線運(yùn)動，只是在相鄰圓筒的間隙中才會被加速。

為使電子在所有相鄰圓筒的間隙中都能受到向右的靜電力，電子所到達(dá)間隙間的電場強(qiáng)度都必須向左。在同一間隙中，電場強(qiáng)度方向是周期性變化的，二、知識講解——帶電粒子在電場中加速每半個(gè)周期，電場強(qiáng)度的方向左右變化一次。如果電子勻速穿過每個(gè)圓筒運(yùn)動的時(shí)間恰好等于交變電壓的周期的一半，它就能踏準(zhǔn)節(jié)奏，每到達(dá)一個(gè)間隙，恰好是該間隙的電場強(qiáng)度變?yōu)橄蜃蟮臅r(shí)刻。

由于電子通過每一個(gè)間隙所增加的動能都等于eu，由此可知電子在各個(gè)圓筒中內(nèi)的動能和速度，而各個(gè)圓筒的長度應(yīng)該等于電子在該圓筒內(nèi)的速度大小與交變電壓的半個(gè)周期的乘積。

二、知識講解——帶電粒子在電場中加速二、知識講解——帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)思考如圖所示，將一個(gè)帶電粒子沿垂直于電場線方向釋放進(jìn)入電場中，帶電粒子的運(yùn)動情況？運(yùn)動軌跡又是什么樣的？＋－Uqv0靜電力是恒力，帶電粒子做勻變速曲線運(yùn)動

在勻強(qiáng)電場中，帶電粒子的初速度方向與電場方向垂直，靜電力方向與初速度方向垂直，帶電粒子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

在勻強(qiáng)電場中，帶電粒子所受靜電力恒定，初速度方向與靜電力方向垂直，粒子將做勻變速曲線運(yùn)動，類似平拋運(yùn)動。帶電粒子的運(yùn)動軌跡是一條拋物線。帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)二、知識講解——帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)例題：

如圖10.5-2，兩相同極板A與B的長度l

為6.0cm，相距d為2cm，極板間的電壓U

為200V。一個(gè)電子沿平行于板面的方向射入電場中，射入時(shí)的速度v0

為3.0×107m/s。把兩板間的電場看作勻強(qiáng)電場，求電子射出電場時(shí)沿垂直于板面方向的偏移距離y和偏轉(zhuǎn)角度θ。分析

電子在垂直于板面方向受到靜電力。由于電場不隨時(shí)間改變，而且是勻強(qiáng)電場，所以整個(gè)運(yùn)動中在垂直于板面的方向上加速度是不變的。＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－-ev0dlABy圖

10.5-2二、知識講解——帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)

二、知識講解——帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)

v0v⊥vθ圖

10.5-3二、知識講解——帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)（1）示波器：用于觀察電信號隨時(shí)間變化情況的儀器；（2）示波管：示波器的核心部件，由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏三部分組成；（3）原理：利用了帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律，靈敏、直觀地顯示出電信號隨時(shí)間變化的圖線。示波管二、知識講解——帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)圖為范德格拉夫起電機(jī)的部分示意圖，通過傳送帶傳送和尖端放電，正電荷在金屬球殼外表面不斷堆積，因此金屬殼與大地之間產(chǎn)生高電壓。加速管安裝在絕緣支柱里，就可以形成一種直線加速器。

用直線加速器產(chǎn)生的粒子束治療某些癌癥，稱為放射治療，使用直線加速器不需要放射源，不開機(jī)時(shí)完全沒有射線，因此更加安全，也便于管理。科學(xué)漫步二、知識講解——帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)三、小結(jié)1．帶電粒子在電場中的加速2．帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)1．真空中有一對平行金屬板，相距6.2cm，兩板電勢差為90V。二價(jià)氧離子由靜止開始加速，從一個(gè)極板到達(dá)另一個(gè)極板時(shí)，動能是多大？這個(gè)問題有幾種解法？哪種解法比較簡便。四、練習(xí)

D－＋－UAOh四、練習(xí)3．讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物由靜止開始經(jīng)過同一加速電場加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場里偏轉(zhuǎn)，它們是否會分離為三股粒子束？請通過計(jì)算說明。

四、練習(xí)

ACD－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋