10.5 带电粒子在电场中的运动（课件）-人教版（2019）必修第三册

第十章 静电场中的能量 第5节 带电粒子在电场中的运动 首钢矿业一中：张颖 带电粒子在电场中的加速 01 问题引入：为什么研究加速器 在原子物理、核物理领域，带电粒子被加速成高能粒子，轰击原子、原子核，帮助人类认识物质微观结构。 在医学领域，带电粒子被加速，轰击金属靶，产生射线，用于放射治疗。 1887年赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接受电路的间隙如果受到光照，就更容易产生电火花。这就是最早的光电效应现象，也是赫兹细心观察的以外收获。 学习任务一：利用前面所学内容，设计一个加速器模型 1、自己设定情景，自己设定物理量，并根据自己设定的物理量求解速度？ 2、根据速度表达式，说一说提高速度的措施有哪些？ 3、互相交流，归纳解决加速问题的思路，比较优缺点 1887年赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接受电路的间隙如果受到光照，就更容易产生电火花。这就是最早的光电效应现象，也是赫兹细心观察的以外收获。 + - 设极板间距为d，电势差为U；粒子质量为m，电荷量为+q；忽略重力与阻力 思路一：牛顿运动定律＋运动学公式 E=，F=qE=，a== 由v2=2ad可得：v= 思路二：功能关系 动能定理：mv2-0=qU v= + 小结：解决加速问题的思路 结果分析：速度与U有关，且U越大，速度越大，与d无关。 能量方法的优势 + - + 动力学方法 只能解决匀强电场，而场强分布复杂，各点加速度未知，末速度无法求解 能量方法 不管形状如何，两极板电势差始终为U 动能定理：mv2-0=qU 【答案】B 【解析】由得 例1：如图所示，是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为、电量为的质子，以极小的初速度由小孔进入电场，当间电压为时，粒子到达板的速度为，如果要使这个带电粒子到达板的速度为 ，则下述方法能满足要求的是（ ） A、使间电压增加为 B、使间电压增加为 C、使间电压不变，距离减半 D、使间电压不变，距离加倍 若板间距离1mm，当电压达到31.35kv，空气被击穿，提高电压是提高速度的有效措施，但存在击穿电压以及安全性，电压不能过高，速度不能达到要求。如何解决？ 学习任务二：多级直线加速器原理（阅读教材思考问题） 1、设金属圆筒内部没有电场，且每个圆筒间的缝隙宽度很小，电子穿过缝隙的时间可忽略不计。 2、为达到最佳加速效果，需要调节至电子穿过每个圆筒的时间恰为交流电的半个周期。 请对上述两个问题给予解释 例2：若电子的质量为m，电荷量为-e，交变电源的电压为U，周期为T，两圆筒间隙的电场可视为匀强电场，圆筒内场强均为0。不计电子的重力和相对论效应。不考虑电子通过圆筒间缝隙的时间。 （1）分析电子从圆板0出发到离开圆筒2这个过程的运动； （2）求电子进入圆筒1时的速度v1，并计算第一个圆筒的长度L1 ； （3）求电子进入圆筒n时的速度vn，并计算第n个圆筒的长度Ln。 带电粒子在电场中的偏转 02 问题引入：研究带电粒子在电场中偏转有什么用？ 1897年4月30日，汤姆孙宣布发现电子，并与1906年获得诺贝尔奖。 y θ + - + v v' 情景：设极板长度为l，间距为d，电势差为U；粒子质量为m，电荷量为+q，初速度为v，与极板平行（与电场垂直）；忽略重力与阻力 所受合力为恒力 初速度与合力垂直 →与平抛运动条件一致！ 问题：带电粒子垂直进入匀强电场，做什么运动？猜一猜偏离入射方向的角度和距离大小和什么因素有关？ y θ + - + v v' 平行极板方向： 运动，运动时间t= 。 垂直极板方向： 运动 E=，F=qE=，a== 。 竖直末速度：vy= = 。 速度偏转角：tanθ= = 。 竖直位移：y= = 。 学习任务三：带电粒子垂直进入匀强电场的运动规律 已知：极板长度为l，间距为d，电势差为U；粒子质量为m，电荷量为+q，初速度为v，与极板平行（与电场垂直）；忽略重力与阻力。 观察结果，与自己猜想是否一致 例3：质子（质量为、电量为）和二价氦离子（质量为、电量为）以相同的初速度垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转角正切之比为 ，侧移之比为 。 变式：质子（质量为、电量为）和二价氦离子（质量为、电量为）以相同的初动能垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转角正切之比为 ，侧移之比为 。 y θ + - + v v' 求解粒子射出电场的速度v' 学习任务三：带电粒子垂直进入匀强电场的运动规律 已知：极板长度为l，间距为d，电势差为U；粒子质量为m，