10.5 带电粒子在电场中的运动 课件 -2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第十章静电场中的能量 5.带电粒子在电场中的运动 导入新课 带电粒子在电场中受到静电力的作用，因 此产生加速度，速度的大小和方向都可能发生 变化。在现代科学实验和技术设备中，常常利 用电场来改变带电粒子或控制带电粒子的运动。 医用电子直线加速器 利用电场使带电粒子加速、利用电场使带电粒 子偏转，就是两种最简单的情况。 本节课我们讨论上述两种最简单的情况。 静电偏转管 一、带电粒子在电场中的加速__ 交流讨论 1.带电粒子在电场中受到静电力，还有自身重力。研究粒子运动时，如 何考虑粒子受到的合外力?忽略重力时，质量是否可以忽略? (1）基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等，由于重力远小 于静电力，除有说明或有明确的暗示以外，此类粒子一般不考虑 重力(但并不忽略质量)。 (2）带电微粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，由于重力不满足 远小于静电力的条件，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能 忽略重力。 一、带电粒子在电场中的加速 2如图，真空中两平行金属板间距为d,两板间的电势差为U,电场可视为 匀强电场，一质量为m、电荷量为9的正带电粒子（重力不计），在静电力 的作用下由静止开始从A板向B板运动。 (1)电子的加速度为多少？ gE ma →a= qU U=Ed md (2)电子到达B板所需时间为多少？ A B d-ar=1-d 2m 一、带电粒子在电场中的加速 (3)电子到达B板时的速度为多少？ 方法一：根据运动学公式v?-v=2ad w=√2ad 2qU + + + 方法二：根据动能定理9U=mm U 注意：两种方法都能求 A B m 解，用动能定理更简便！ 一、带电粒子在电场中的加速 (4)增大两极板间距d,带电粒子到达B板时的速度如何变化？ 由△E一U可知，带电粒子到达另一极板时动能的增量，由两板间 的电压和电荷量决定，与板间的距离无关 (5)在加速问题中，如果两极板是其他形状，如图 中所示，加速电场不再均匀，上面的结果是否仍然适 用？为什么？ 在非匀强电场中，不满足牛顿运动定律的应用条件， 所以只能应用动能定理来求解 一、带电粒子在电场中的加速 >梳理深化 1带电粒子在电场中重力的处理： (1)基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等，一般不考虑重力（但并不 忽略质量)。 (2)带电微粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，一般都不能忽略重力。 分析带电体在电场中的运动时， 必须明确粒子的重力是否考虑 一、带电粒子在电场中的加速 2.求带电粒子的速度的两种方法 (1)从动力学角度出发，用牛顿第二定律和运动学知识求解 由牛顿第二定律可知，带电粒子运动的劬加速度的大小为Q= md 71 由公式y-=2ad可求得带电粒子到达极板时的速度为v= 2qU m (2)从功能关系角度出发，用动能定理求解 根据动能定理有9Um-m 简洁、方 便、高效 解得v= 2qU m 一、带电粒子在电场中的加速 >巩固提升 【例1】（多选）如图所示，电荷量和质量都相同的带正电粒子以不同的初 速度通过A、B两板间的加速电场后飞出，不计重力的作用，则(BD A.它们通过加速电场所需的时间相等 B.它们通过加速电场过程中动能的增量相等 C.它们通过加速电场过程中速度的增量相等 D.它们通过加速电场过程中电势能的减少量相等 一、带电粒子在电场中的加速 练习1、（多选）如图为某直线加速器简化示意图，设个金属圆筒沿轴线 排成一串，各筒相间地连到正负极周期性变化的电源上，质子束以一 定的初速度沿轴线射入圆筒实现 加速，则(BC) A. 质子在每个圆筒内都做加速运动 B.质子只在圆筒间的缝隙处做幼加速运动 C.质子穿过每个圆筒时，电源的正负极要改变 D.每个筒长度都是相等的