10.5 带电粒子在电场中的运动-【物理优课PPT】高中物理必修第三册同步PPT课件（人教版2019）

授课老师：*** 1 课标定位 1.了解带电粒子在电场中的运动特点; 2.分析带电粒子在电场中的加速问题; 3.分析带电粒子在电场中的偏转问题; 4.了解示波管的构造和工作原理。 素养阐释 1.物理观念：加速和偏转、示波管; 2.科学思维：类比重力场中的平抛运动，培养学生应用类比法解决实际问题的能力；通过解决加速和偏转的探究，理解问题的本质。 引 入 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。 在原子物理、核物理等领域，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。 带电粒子加速器中是受到什么力的作用而加速的呢? 加速带电粒子用于医疗实践 先将质子加速到具有较高的能量，再将它引向轰击肿瘤，杀死细胞； “质子疗法” 将被加速后的电子轰击重金属靶，产生出的放射线用于医学治疗。 “放射疗法” 一、带电粒子在电场中的加速 一、带电粒子在电场中的加速 A B U d E + F v 【问题提出】如图，一个质量为m、带正电荷q的粒子，只在静电力的作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动。试计算粒子到达负极板时的速度？ 方法一：动力学观点： 主要用牛顿运动定律和匀变速直线运动的规律 一、带电粒子在电场中的加速 A B U d E + F v 方法二：能量观点：——利用动能定理 总结：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 若粒子的初速度为零，则: 若两极板间不是匀强电场，该用何种方法求解？ 能量观点：动能定理 若粒子的初速度不为零，则: 一、带电粒子在电场中的加速 方法：分析带电粒子加速的问题，常有两种思路∶ 一种是利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式分析;另一种是利用静电力做功结合动能定理分析。 选择：当解决的问题属于匀强电场且涉及运动时间等描述运动过程的物理量时，适合运用前一种思路分析;当问题只涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量或非匀强电场情景时，适合运用后一种思路分析。 一、带电粒子在电场中的加速 U ＋ ＋ ＋ － － － A B C D E F 多级加速 问题：如图多级平行板连接，能否加速粒子？ 一、带电粒子在电场中的加速 多级直线加速器示意图 U ~ ＋ － F U 0 u0 -u0 t T 2T 因交变电压的变化周期相同，故粒子在每个加速电场中的运动时间相等。 一、带电粒子在电场中的加速 【例题】如图甲，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 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？ 一、带电粒子在电场中的加速 二、带电粒子在电场中的偏转 二、带电粒子在电场中的偏转 【问题提出】如图，一带电粒子以垂直匀强电场的场强方向以初速度 v0 射入电场，若不计粒子的重力，带电粒子将做什么运动？ 1.受力分析： 仅受竖直向下的电场力 做类平抛运动 2.运动分析： v0 q、m L d - - - - - - - - - - + + + + + + + + + U + + 垂直电场方向：匀速直线运动 沿电场方向：初速度为零的匀加速直线运动 二、带电粒子在电场中的偏转 L d + - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + U v0 q、m F + v v0 vy y θ 【问题提出】如图，粒子以初速度v0 射入电场，求射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y 和速度偏转的角度 θ。 偏转角（偏向角） 偏移距离 （侧移距离或侧移量） 二、带电粒子在电场中的偏转 1.飞行时间： 2.加速度： 3.竖直分速度： 4.竖直分位移： 5.速度偏转角： L d + - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + U v0 q、m F + v v0 vy y θ 二、带电粒子在电场中的偏转 1.初速度相同的带电粒子，无论m、q是否相同，只要