10.5 帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 課件高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊(cè)

1.3平拋運(yùn)動(dòng)1.3平拋運(yùn)動(dòng)第十章靜電場(chǎng)中的能量

第五節(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)高中物理必修第三冊(cè)示波器圖象1加速問題2偏轉(zhuǎn)問題3加速與偏轉(zhuǎn)計(jì)劃與措施學(xué)習(xí)目標(biāo)4示波管原理新課引入

電子被加速器加速后轟擊重金屬靶時(shí)，會(huì)產(chǎn)生射線，可用于放射治療。圖中展示了一臺(tái)醫(yī)用電子直線加速器。電子在加速器中是受到什么力的作用而加速呢？一、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速

ABUdE+Fv方法一：動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)：牛頓第二定律勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律方法二：能量觀點(diǎn)：總結(jié)：粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān)。由動(dòng)能定理得問：若兩極板間不是勻強(qiáng)電場(chǎng)，該用何種方法求解？若粒子的初速度為零,則:若粒子的初速度不為零,則:由動(dòng)能定理得拓展ABUdE+Fv一、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速【典例1】如圖所示，在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運(yùn)動(dòng)。已知兩極板間電勢(shì)差為U，板間距為d，電子質(zhì)量為m、帶電荷量為e。則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)情況，下列敘述正確的是(

)A．若將板間距d增大一倍，則電子到達(dá)Q板的速率保持不變B．若將板間距d增大一倍，則電子到達(dá)Q板的速率也增大一倍C．若將兩極板間電勢(shì)差U增大一倍，則電子到達(dá)Q板的時(shí)間保持不變D．若將兩極板間電勢(shì)差U增大一倍，則電子到達(dá)Q板的時(shí)間減為原來的一半A一、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速

一、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速U＋＋＋－－－ABCDEF一、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速問：以下能否加速粒子？U~＋－

因交變電壓的變化周期相同，故粒子在每個(gè)加速電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等。U0u0-u0tT2Tt一、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速直線加速器：多級(jí)直線加速器

思考：如圖所示為電場(chǎng)直線加速器的示意圖，它由熾熱的金屬絲、

個(gè)長(zhǎng)度不同的金屬圓筒（兩底面開有小孔）和一個(gè)靶組成。把熾熱的金屬絲與所有的圓筒交叉連接到電壓恒為

、電勢(shì)高低作周期性變化的電源上，確保每次電子從金屬絲到第一個(gè)圓筒的左側(cè)和每?jī)蓚€(gè)圓筒的縫隙時(shí)都被電場(chǎng)加速，在圓筒內(nèi)做勻速運(yùn)動(dòng)?？p隙寬度很小，電子經(jīng)過縫隙的時(shí)間不計(jì)，經(jīng)過每個(gè)圓筒的時(shí)間為

。試討論：每個(gè)圓筒的長(zhǎng)度必須遵循什么條件？最后打在靶上的電子動(dòng)能為多大？一、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速解題思路∶法一：一種是利用牛頓第二定律結(jié)合勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式分析;

法二：另一種是利用靜電力做功結(jié)合動(dòng)能定理分析。方法選擇：當(dāng)解決的問題屬于勻強(qiáng)電場(chǎng)且涉及運(yùn)動(dòng)時(shí)間等描述運(yùn)動(dòng)過程的物理量時(shí)，適合運(yùn)用前一種思路分析;當(dāng)問題只涉及位移、速率等動(dòng)能定理公式中的物理量或非勻強(qiáng)電場(chǎng)情景時(shí)，適合運(yùn)用后一種思路分析。一、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速一、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速如圖，一帶電粒子以垂直勻強(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，帶電粒子將做什么運(yùn)動(dòng)？1.受力分析：僅受豎直向下的電場(chǎng)力做類平拋運(yùn)動(dòng)2.運(yùn)動(dòng)分析：v0q、mLd----------+++++++++U++垂直電場(chǎng)方向：勻速直線運(yùn)動(dòng)沿電場(chǎng)方向：初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)二、帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)Ld+-------------

+++++++++++

Uv0q、mF+vv0vyyθ偏轉(zhuǎn)角（偏向角）偏移距離（側(cè)移距離或側(cè)移量）如圖，粒子以初速度v0射入電場(chǎng)，求射出電場(chǎng)時(shí)沿垂直于板面方向偏移的距離y和速度偏轉(zhuǎn)的角度θ。二、帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)Ld--------+++++++++Uv0q、m++vyθvv0y1.飛行時(shí)間：2.加速度：3.豎直分速度：4.豎直分位移：5.速度偏轉(zhuǎn)角：二、帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)ABU1E+F----------+++++++++U2+vyθyvv0v0如圖，若粒子能從極板的右邊緣飛出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，則末速度反向延長(zhǎng)線交于水平位移的中點(diǎn),粒子好像從極板間L/2處沿直線射出一樣。三、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速與偏轉(zhuǎn)加速偏轉(zhuǎn)dL/2yv0-qvv0v⊥++++++-----LYXU2熒光屏光斑U1拓展：若粒子是從靜止經(jīng)過電場(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。-θθ三、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速與偏轉(zhuǎn)dL/2yv0-qvv0v⊥θθ++++++-----LYXU2熒光屏光斑U1-三、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速與偏轉(zhuǎn)注：1.微觀帶電粒子，如電子、質(zhì)子、離子等考慮重力2、宏觀微粒（顆粒），液滴，油滴、塵埃等考慮重力。四、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速與偏轉(zhuǎn)1、作用：觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的情況2、結(jié)構(gòu)：主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和光屏三部分組成。3、基本原理：帶電粒子在電場(chǎng)力的作用下加速和偏轉(zhuǎn)。示波器圖象加速電壓

電子槍偏轉(zhuǎn)電極亮斑亮斑熒光屏

電子槍產(chǎn)生高速飛行的電子束

加速電壓

示波管的構(gòu)造作用：四、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速與偏轉(zhuǎn)思考與討論1：如果在電極XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間也不加電壓，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏四、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速與偏轉(zhuǎn)思考與討論2：如果在電極XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間加不變電壓，使Y的電勢(shì)比Yˊ高，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏四、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速與偏轉(zhuǎn)思考與討論3：如果在電極XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間加不變電壓，使Yˊ的電勢(shì)比Y高，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏四、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速與偏轉(zhuǎn)思考與討論4：如果在XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間加按圖示的規(guī)律變化的電壓，在熒光屏?xí)吹降氖裁礃拥膱D形？XˊXYYˊUYtOYˊ隨信號(hào)電壓同步變化，但由于視覺暫留和熒光物質(zhì)的殘光特性，只能看到一條豎直的亮線。四、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速與偏轉(zhuǎn)-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏思考與討論5：如果在電極YYˊ之間不加電壓，而在XXˊ之間加不變電壓，使X的電勢(shì)比Xˊ高，電子將打在熒光屏的什么位置？四、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速與偏轉(zhuǎn)UXt掃描電壓總結(jié)：若XXˊ所加的電壓為特定的周期性變化電壓，則亮斑在水平方向來回運(yùn)動(dòng)一一掃描，如果掃描電壓變化很快，亮斑看起來為一條水平的亮線。示波器圖象OXˊXYYˊ四、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速與偏轉(zhuǎn)思考與討論6：如果在YYˊ之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在XXˊ之間加鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？ABCDFABCt1DEFt2XˊXYtOUYUXOtABCDEEFt2t1t2t1四、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速與偏轉(zhuǎn)

如果信號(hào)電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號(hào)電壓的周期相同，就可以在熒光屏上得到待測(cè)信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定圖象。示波器圖象tOUYUXOtXˊXYYˊ四、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速與偏轉(zhuǎn)

C課堂練習(xí)

課堂練習(xí)【典例3】如圖所示為兩組平行金屬板，一組豎直放置，一組水平放置，今有一質(zhì)量為m的電子(電荷量為e)靜止在豎直放置的平行金屬板的A點(diǎn)，經(jīng)電壓U0加速后通過