第十章 5 带电粒子在电场中的运动-2022-2023学年新教材高中物理必修第三册【金版教程】创新导学案课件PPT（人教版）

静电场中的能量 第十章 5．带电粒子在电场中的运动 1．能用两种思路分析带电粒子在电场中的加速运动问题。 2．能用类平抛运动的分析方法研究带电粒子在匀强电场中的偏转问题。 3．能综合分析带电粒子在电场中的运动。 课前自主学习 相同或相反 牛顿第二定律 匀变速直线运动公式 运动 静电力做功 动能定理 动能定理 非匀强电场 不在同一直线上 抛物线 平抛运动 平抛运动 判一判 (1)带电粒子在电场中不受重力。(　　) (2)带电粒子仅在静电力作用下运动时，动能一定增加。(　　) (3)带电粒子在匀强电场中偏转时，其速度和加速度均不变。(　　) (4)带电粒子在匀强电场中无论是直线加速还是偏转，均做匀变速运动。(　　) × × × √ 课堂探究评价 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：图甲中粒子的受力情况如何？ 提示：受到向右的静电力和向下的重力，而重力远小于静电力，故重力可以忽略，这里认为粒子只受静电力。 活动2：图甲、乙中两极板间电场有什么区别？ 提示：图甲中两极板间的电场是匀强电场，图乙中两极板间的电场是非匀强电场。 提示 活动3：图甲中若粒子无初速度释放，如何求粒子的末速度？ 提示 活动4：图乙中若电子无初速度释放，如何求电子的末速度？ 2．带电粒子在电场中运动时重力的处理 (1)微观粒子：如电子、质子、α粒子、离子等，除有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略质量)。 (2)带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或明确的暗示以外，一般都不能忽略重力。 答案 　　　　　　本题适合用哪种思路求解？ 提示：用功能观点分析。 规范解答 由于静电力做功与场强是否均匀无关，与运动路径也无关，所以在处理带电粒子在电场中的加速问题时，一般都是用静电力做功结合动能定理分析。 [变式训练1]　医学上对某些癌症可采用质子疗法治疗，该疗法(设备如图)用一定能量的质子束照射肿瘤以杀死癌细胞。现用一直线加速器来加速质子，使其在加速电场(可视为匀强电场)中从静止开始被加速到1.0×107 m/s。已知质子的质量为1.67×10－27 kg、电荷量为1.6×10－19 C，加速器加速的直线长度为4 m。下列说法正确的是(　　) A．加速过程中质子的电势能增加 B．加速过程中质子的加速度约为2.5×1013 m/s2 C．质子加速所需的时间约为8×10－6 s D．加速电场的电场强度约为1.3×105 N/C 答案 解析 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：分析粒子的受力，有什么特点？粒子做直线运动还是做曲线运动？ 提示：粒子受向上的静电力，受力方向与初速度方向垂直。受力方向与速度方向不共线，粒子做曲线运动。 活动2：粒子的运动与我们学过的什么运动类似？如何求解粒子的运动？ 提示：平抛运动。用分解法来求解粒子的运动。水平方向粒子不受力，做匀速直线运动；竖直方向粒子受恒定的静电力，做初速度为零的匀加速直线运动。 提示 活动3：如何求粒子末速度方向与初速度方向夹角的正切值？ 提示 活动4：如何求粒子沿电场方向的偏移量？ 带电粒子在匀强电场中偏转时，受恒力作用，做类平抛运动。 平抛运动的分析方法、规律、推论，均适用于带电粒子的偏转运动。 1．基本规律 带电粒子在电场中的偏转，轨迹如图所示。 (1)运动规律 如图1所示，带电粒子在示波管中先做加速运动，然后做偏转运动，且在X方向和Y方向均发生偏转(其中Y方向加信号电压，X方向加周期与信号电压相同的扫描电压，如图2)。带电粒子在示波管中的偏转运动，实质是在交变电场中的运动。 (2)确定最终偏移距离 例2　(多选)XCT扫描是计算机X射线断层扫描技术的简称，XCT扫描机可用于对多种病情的探测。图甲是某种XCT机主要部分的剖面图，其中产生X射线部分的示意图如图乙所示。图乙中M、N之间有一电子束的加速电场，虚线框内为偏转元件中的匀强偏转电场S，方向竖直，经调节后电子从静止开始沿带箭头的实线所示的方向前进，出电场后速度与水平方向成30°，打到水平圆形靶台上的中心点P，产生X射线(如图中带箭头的虚线所示)。已知MN两端的电压为U0，偏转电场区域水平宽度为L0，竖直高度够长，MN中电子束距离靶台竖直高度为H，忽略电子的重力影响，不考虑电子间的相互作用及电子进入加速电场时的初速度，不计空气阻力。则(　　) 答案 　　　　　　(1)如何分析电子在偏转电场中的运动？ 提示：根据运动的合成与分解分析。 (2)电子射出偏转电场后做什么运动？ 提示：匀速直线运动。 规范解答 [变式训练2－1]　如图所示，从炽热的金属丝飞出的电子(速度可视为零)，经加速电场加速后从两极板中间垂直射入偏转电场。电子的重力不计。在满足电子能射出偏转电场的条件下