2.4 带电粒子在电场中的运动 课件-2021-2022学年高二上学期物理鲁科版（2019）必修第三册

2019鲁科版必修三 第二章电势能与电势差 第4节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。电子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？ 当带电粒子受到的重力远远小于电场力时，即mg≪qE，则可忽略重力的影响．但要注意，忽略粒子的重力并不是忽略粒子的质量． 是否考虑带电粒子的重力要根据具体情况而定．通常情况下： ①基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或有明确的暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略质量)； ②带电颗粒：如液滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力． 1.带电粒子的重力在受力分析时是否考虑？ 梳理深化： 1.带电粒子加速 思考与交流： 如图所示，在真空中有一对平行金属板，接上电压为U的电池组，在它们之间建立方向水平向右的匀强电场。有一个带电量为+q，质量为m的带电粒子（重力不计）在正极板上的小孔处由静止释放，在电场中被加速，试分析： 1．运动性质：带电粒子在静电力的作用下，由静止开始，将做＿＿＿运动 2．电场强度多大？ 3.加速度多大？ 4.运动时间多长？ 5.穿出N极板时的速度多大？ 6.粒子能否到达右侧极板？ 若不到，满足条件什么？ 若能到达，满足条件又是什么？到达右侧极板的速度大小是多少？ 若电场为非匀强电场，上述各式的结论还成立吗？ 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？ 知识梳理： 8 2.带电粒子偏转 利用电场使带电粒子的运动方向发生变化，向预期的方向偏转，是控制带电粒子运动的另一种常见方式。 如图所示，质量为 m、带电量为q 的带电粒子（粒子重力不计），以初速度V0 沿垂直于电场方向进入长为L、间距为d 、电压为 U的两平行金属板间，试分析该粒子在穿越电场时发生的运动情况： 1．运动性质：带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向进入带电平行板产生的匀强电场中，电场力的方向与初速度的方向＿＿＿，所以粒子的运动类似平抛运动，是一种匀变速＿＿＿运动。 2．穿出电场的时间t 3.加速度为: 4.粒子离开电场时的偏转角： 5.粒子离开电场时的偏转距离y 讨论交流： （1）质量分别为m1和m2，电量分别为q1和q2的带电粒子经过同一加速电场同一偏转电场后，侧位移之比为 ． （2）质量分别为m1和m2，电量分别为q1和q2的带电粒子以同一速度经过同一偏转电场后，侧位移之比为 ． （3）质量分别为m1和m2，电量分别为q1和q2的带电粒子以同一动能经过同一偏转电场后，侧位移之比为 ． （4）质量分别为m1和m2，电量分别为q1和q2的带电粒子以同一动量经过同一偏转电场后侧位移之比为 ． （5）带电粒子从偏转电场中射出时，末速度与初速度之间的夹角φ（偏向角）的正切为tanφ，带电粒子位移与初速度之间的夹角α的正切值为tanα，二者的关系为tanφ＝2tanα ． 课 堂 小 结 谢谢观看！ 1：带电粒子的加速的处理方法 可以从动力学和功能关系两个角度进行分析，其比较如下： 动力学角度 功能关系角度 涉及 知识 应用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式 功的公式及动能定理 选择 条件 匀强电场，静电力是恒力 可以是匀强电场，也可以是非匀强电场，电场力可以是恒力，也可以是变力 $