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  • 2023-08-25 10:06:02 发布

2020_2021高中物理:第十章静电场中的能量5带电粒子在电场中的运动课件(41张)

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5. 带电粒子在电场中的运动

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。
图中展示了一台医用电子直线加速器。电子在加速器中是受到什么力的作用
而加速的呢?
问题导入:

能分析带电粒子在电场中的运动情况,能解释相关的物理现象。
1.会用动力学和能量的观点分析带电粒子在电场中的加速运动。(科学
思维)
2.掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场 中的偏转问题。(科
学思维)
3.了解示波管的主要构造和工作原理。(物理观念)

体会课堂探究的乐趣,
汲取新知识的营养,
让我们一起 吧!进走 课 堂

U
+q m+ __
v=?
F
【探究一:带电粒子的加速运动】
【探究情景】一个质量为m、带正电荷q的粒
子,在静电力的作用下由静止开始从正极板
向负极板运动。
试计算粒子到达负极板时的速度?

方法一:动力学观点:
主要利用牛顿运动定律和匀变速直线运动的规律
q
U
m
+ _
带电粒子的加速
d


由①②得 ③

方法二:能量观点 ——利用动能定理


由①得:

【规律总结】对比两种方法
1.利用牛顿第二定律和匀变速直线运动规律,仅适用于匀强电场中,物体
做匀变速直线运动,即物体必须沿着电场线进入匀强电场。
2.利用动能定理,不仅适用于匀强电场,也适用于非匀强电场,因为公
式W=qU适用于任何电场。

若两极板间不是匀强电场,该用何种方法
求解?为什么?
思考
若粒子的初速度为零,则:
若粒子的初速度不为零,则:

多级加速
问题:如图多级平行板连接,能否加速离子?
U
+ + +- - -
A B C D E F

多级直线加速器示意图
U
0
u0
-u0
tT 2T
U
~



例1.如图 甲,某装置由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列,其中心轴线在同一直线上,圆
筒的长度依照一定的规律依次增加。序号为奇数的圆筒和交变电源的一个极相连,序号为偶数
的圆筒和该电源的另一个极相连。交变电源两极间电势差的变化规律如图 乙所示。在 t=0 时,
奇数圆筒相对偶数圆筒的电势差为正值,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?


【解析】电子从金属丝到金属
板,由动能定理得:

由①得
例2. 炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以电压U=2500V,发
射出的电子在真空中加速后,从金属板的小孔穿出。电子穿出时的速度有多大?
设电子刚刚离开金属丝时的速度为0。
答案:

例3.如图所示的电场中有A、B两点,A、B的电势差UAB=100V,一个质量为
m=2.0×10-12kg、电量为q=-5.0×10-8C的带电粒子,以初速度v0 =3.0×103m/s由A点运
动到B点,求粒子到达B点时的速率。(不计粒子重力)
A- v0 B
q为负

m
+q
+
_
v0
你能画出带电微粒的运动轨迹吗?
【探究二:带电粒子的偏转规律】
问题:

带电粒子的偏转:(不计重力)
+ + + + + + + + +
- - - - - - - - -
v0
+
q.m
d
l
F
+

1.运动状态分析:
带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入两带电
平行板产生的匀强电场时,若只受电场力作用,则
带电粒子做匀变速曲线运动。

2.偏转问题的分析处理方法:(类似平抛运动分析方法)
(1)沿初速度方向是速度为v0的匀速直线运动;
(2)沿电场力方向是初速度为零的匀加速直线运动。

类平抛运动
与粒子比荷 成正比
与粒子初速度v0的平方成反比
与电场的属性U、l、d有关

与粒子比荷 成正比
与粒子初速度v0 的平方成反比
与电场的属性U...