10.5带电粒子在电场中的运动 课件—2021-2022学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册

§10. 5带电粒子在电场中的运动一 复习回顾： 1、高一我们重点研究过哪些运动形式？ （1）直线运动——匀速直线运动和匀变速直线运动 （2）曲线运动——平抛运动和匀速圆周运动 2、对这些运动形式的研究主要采用的哪些方法？ （1）动力学方法——牛顿定律和运动学公式 （2）能量方法——动能定理和能量守恒定律 3、不管用那种方法研究物体的运动必须做的是什么？ 对研究对象做好 受力分析 运动分析 3、带电体：是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定. 1、微观带电粒子：如电子、质子、离子等。带电粒子所受重力一般远小于电场力，一般都不考虑重力(有说明或暗示除外). 2、宏观带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等. 一般都考虑重力(有说明或暗示除外). 受力分析 匀变速直线运动—加速、减速 匀变速曲线运动—偏转 1.平衡 （F合=0） 2.匀变速运动 （F合≠0） 静止 匀速直线运动 运动分析 带电粒子在电场中运动 一、带电粒子在电场中的加速 A B U d E + F v 例1.在加上电压U并处于真空中相距d的平行金属板间有一正电荷q, 质量为m,只在电场力作用下从静止释放，电荷将做什么运动？ 受力分析 仅受水平向右的电场力 运动分析 初速度为零，向右匀加速直线运动 加速度 4 A B U d E + F v 求电荷到达负极板时的速度？ 解法一　运用运动学知识求解 解法二　运用动能定理知识求解 初速度不为零呢？ 同一粒子加速后的速度只与加速电压有关 一、带电粒子在电场中的加速 下列粒子由静止经加速电压为U的电场加速后， 哪种粒子动能最大 （ ） 哪种粒子速度最大 （ ） A、质子 B、电子 C、氘核 D、氦核 与电量成正比 与比荷平方根成正比 练与练 不同一粒子加速后的速度与加速电压、比荷都有关 两块平行的金属板A、B之间的电压是80V，一个电子以100eV的动能从小孔C垂直A板进入电场，该电子能打在B板上吗？如果能打在B板上，它到达B板时的动能有多大？如果要使电子打在B板上时的速度为零,电源电压应为多少V？ 例与练 多级加速 问题：如图多级平行板连接，能否加速离子？ 多级直线加速器示意图 U 0 u0 -u0 t T 2T ~U ＋ － 书本例题 如图 10.5-1 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 10.5-1 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？ 如图所示,从灯丝逸出的电子,其速度可以认为是零 （1）电子通过A板小孔时的动能为 eV, （2）通过B板小孔时的动能为 eV, （3）打到C板时的动能为 eV 所以 O A B C 45V 30V 45 45 15 加速 匀速 减速 练与练 如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？ 由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，第二种动能定理方法仍适用！ 思考: 若粒子的初速度为零,则: 若粒子的初速度不为零,则: 关系图 电场力 电场强度 电势差 电势 电势能 电场力的功 需定义零电势 电场力做功与路径无关 匀强电场 $§10. 5带电粒子在电场中的运动三 关系图 电场力 电场强度 电势差 电势 电势能 电场力的功 需定义零电势 电场力做功与路径无关 匀强电场 如图所示，在真空中竖直放置一对金属板x和x′,加电压U1;水平放置一对金属板Y和Y′，板间距离为d。加电压U2，一电荷量为-q质量为m的带电粒子从x极板由静止出发。试分析带电粒子的运动情况。(不计粒子的重力) + + + + + + - - - - - - + _ U1 U2 -q m 三、 加速和偏转一体 L v0 v 加速 偏转 三、加速与偏转 三、加速与偏转 + + + + + + - - - - - - + — U1 U2 v -q m L v0 加速 偏转 电荷经加速电场加速后进入偏转电场 通过加速电场的末速度为进入偏转电