第二章 第二节 带电粒子在电场中的运动-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第三册同步全程学习全书word（粤教版）

第二节　带电粒子在电场中的运动

[素养目标]

1.会从力和能量角度分析、计算带电粒子在电场中的加速问题。

2.能够用类平抛运动的分析方法研究带电粒子在电场中的偏转问题。

3.能综合运用力学和电学的知识分析、解决带电粒子在电场中的两种典型运动模型。

4.了解加速器和示波器的构造、原理和应用。

类型一　带电粒子在电场中的加速

1.电场中的带电粒子的分类

(1)带电的基本粒子。

如电子、质子、α粒子、正离子、负离子等,这些粒子所受重力和电场力相比要小得多,除非有特别的说明或明确的标示,一般都不考虑重力(但并不能忽略质量)。

(2)带电微粒。

如带电小球、液滴、尘埃等,除非有特别的说明或明确的标示,一般都要考虑重力。某些带电体是否考虑重力,要根据题目说明或运动状态来判定。

 

2.解决带电粒子在电场中加速时的基本思路

[例1] 如图所示,某直线加速器由沿轴线分布的一系列金属圆管(漂移管A、B、C、D、E)组成,相邻漂移管分别接在高频脉冲电源的两极。质子从K点沿轴线进入加速器并依次向右穿过各漂移管,在漂移管内做匀速直线运动,在漂移管间被电场加速,加速电压视为不变。设质子进入漂移管B时速度为5×106 m/s,进入漂移管E时速度为1×107 m/s,电源极性随时间变化的周期为2×10-7 s,漂移管间缝隙很小,质子在每个管内运动时间恰为电源极性变化周期的。质子的电荷量与质量之比为5×108 C/kg。求:

(1)漂移管B的长度LB;

(2)相邻漂移管间的加速电压U。

思路点拨:运动观:漂移管内部电场强度为零,质子在漂移管内做匀速直线运动。

能量观:质子在相邻漂移管的间隙被加速获得能量。

解析:(1)质子在漂移管B中做匀速直线运动,由运动学公式可得漂移管B的长度LB=vBt

质子在漂移管B中的运动时间为电源周期的,则t==1×10-7 s,代入数据得LB=0.5 m。

(2)由题图可知,从B到E经过3次加速,设加速电压为U,根据动能定理有

3qU=m-m

代入数据可得U=2.5×104 V。

答案:(1)0.5 m　(2)2.5×104 V

分析带电粒子加速运动问题的两点技巧

(1)对于匀强电场,虽然用动力学观点和功能观点均可求解,但运用功能观点列式更简单,故应优先选用功能观点。

(2)若电场为非匀强电场,带电粒子做变加速直线运动,不能通过牛顿运动定律途径求解。注意W=qU对一切电场适用,因此从能量的观点入手,由动能定理来求解。