9.5.2带电粒子在加速电场和偏转电场中运动(课件)-【上好课】2022-2023学年高中物理同步备课系列（沪科版2020必修第三册）

第九章 静电场 9.5.2带电粒子在加速电场 和偏转电场中运动 沪科版（2020） 授课人：上好课 【上好课】2022-2023学年高中物理同步备课系列必修第三册 1 目录 contents 带电粒子在加速电场中的运动 01 02 带电粒子在偏转电场中的运动 03 典例分析 2 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. 注：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). 【但并不能忽略质量】 2、宏观带电微粒：如带电小球、液滴、油滴、尘埃等. 注意：忽略粒子的重力并不是忽略粒子的质量 关于带电粒子重力是否考虑的问题 带电粒子一般可分为两类 1、微观带电粒子（基本粒子）：如电子、质子、α粒子，正负离子等. 注：一般都考虑重力(有说明或暗示除外). 新课导入 F/G=？你会发现什么？ G=mg=9×10-30N F/G=1×1015 F=qE=8×10-15N 电子、质子、离子等微观带电粒子所受重力一般远小于电场力，重力可以忽略（有说明或暗示除外）。 注意：忽略粒子的重力并不是忽略粒子的质量 一个电子的质量为0.91×10-30 kg, 电荷量e=1.6×10-19 C，当它位于E=5×104V/m的电场中时: 受到的重力G为多大？ 受到的电场力F为多大？ 带电粒子在加速电场中的运动 01 5 带电粒子在电场中受到电场力的作用，通常电场力远大于带电粒子的重力，从而可以忽略重力对带电粒子的影响。如图9-38所示，真空中有一对平行金属板，两板间电势差为U,板间距为d,将一质量为m、带电荷量为+q的粒子在正极板附近由静止释放，分析带电粒子在电场中的运动情况。 带电粒子在匀强电场中做初速度为零的匀加速直线运动。为了求带电粒子到达负极板时速度D的大小，我们用两种方法来研究。 A B 加速电压U d E + F v 1、动力学观点： 由牛顿第二定律： 由运动学公式： 初速度不为零呢？ 只适用于匀强电场 电场力:F =qE 粒子加速后的速度只与加速电压有关 A B 加速电压U d E + F v 2、能量观点： 由动能定理： 适用于 任何电场 电场力做功:W=qU 速度v与电势差U、比荷q/m的平方根成正比与距离d无关 初速度不为零呢？ 用动能定理解题简便 若电荷是-q，该怎样求解？ 粒子将做匀减速直线运动： A B 加速电压U d E + F v 第一种动力学观点不再适用，因为非匀强电场加速度a不恒定。 若粒子的初速度为零,则: 若粒子的初速度不为零,则: F E A B 粒子在非匀强电场中加速，适合从能量观点解决问题。 大 家 谈 如果不是匀强电场，方法一和方法二中是否有些等式不适用了?请说明理由。 ～ 直线加速器 粒子在每个加速电场中的运动时间相等，因为交变电压的变化周期相同。 北京正负电子对撞机的直线加速器 例题1：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？设电子刚离开金属丝时的速度为零。 解：由动能定理 代入数据得： 例题2：如图所示，在点电荷+Q 的电场中有A、B两点，将质子和α 粒子分别从A点释放，到达B点时，求它们的速度大小之比？ + A B 解：质子 α 粒子 对质子： U 对 α 粒子： 1、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 D B 小试牛刀 2、如图所示，M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为m、电量为+q的带电粒子，以极小的初速度由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子到达N板的速度为v，如果要使这个带电粒子到达N板的速度为2v ，则下述方法能满足要求的是 （ ） A、使M、N间电压增加为2U B、使M、N间电压增加为4U C、使M、N间电压不变，距离减半 D、使M、N间电压不变，距离加倍 M N U d + v与电压平方根成正比 B 小试牛刀 带电粒子在偏转电场中的运动 02 17 如图9-41所示，一电子(电荷量大小为e、质量为m)以初速度v0沿水平方向射入水平放置、相距d、长为L、电势差为U (能使电子飞出极板)的一对平行金属板间。 设两极板间为向上的匀强电场。电子进入匀强电场后，由于重力通常远小于电场力，重力可忽略不计。忽略极板的边缘效应，电子受到竖直向下的电场力作用而发生偏转。电子的运动类似于重力场中的