第五节 带电粒子在电场中的运动 第2课时 带电粒子在电场中的运动（教学课件）物理沪科版2020必修第三册

第九章　静电场及其应用 9.5 带电粒子在电场中的运动 第2课时 带电粒子在电场中的运动 1.会分析带电粒子在电场中的直线运动，掌握求解带电粒子 直线运动问题的两种方法. 2.会用运动的合成与分解的知识，分析带电粒子在电场中的 偏转问题. 【学习目标】 一、带电粒子在加速电场中的运动 1.带电粒子的分类及受力特点 研究电子、质子、α粒子在电场中的运动时，重力能否忽略不计？ 答案　电子、质子、α粒子在电场中所受静电力远大于重力，故重力可忽略不计。但不是忽略质量。质量较大的微粒，如带电小球、带电油滴、带电颗粒等，除有说明或有明确的暗示外，处理问题时一般都不能忽略重力。 带电粒子在匀强电场或非匀强电场中加速，计算末速度，分别应用什么规律研究？ 答案　分析带电粒子在匀强电场中的加速运动，可以用牛顿运动定律结合运动学公式列式求解，也可以用动能定理列式求解.分析带电粒子在非匀强电场中的加速运动，可以用动能定理或功能关系求解. 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，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。为了求带负电粒子到达正极板时速度D的大小，我们用两种方法来研究。 2.分析带电粒子在静电力作用下加速运动问题的 两个角度 （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 （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： 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。 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。 北京正负电子对撞机的直线加速器 A.两板间距离越大，加速时间越短 B.两板间距离越小，电子的加速度就越小 C.电子到达Q板时的速率，与两板间距离无关， 仅与加速电压有关 D.电子到达Q板时的速率，与加速电压无关，仅与两板间距离有关 例1　(2021·安徽滁州市高二期末)如图所示，P和Q为两平行金属板，板间有一定电压，在P板附近有一电子(不计重力)由静止开始向Q板运动，下列说法正确的是 √ 解析　两板间电压为U保持不变，设板间距为d，电子在板间的加速度为a， 故两板间距离越小，电子的加速度就越大，B错误； 故两板间距离越大，加速时间越长，A错误； 针对训练　(2021·山东日照高一期末)如图所示，当今医学上对某些肿瘤采用质子疗法进行治疗，该疗法用一定能量的质子束照射肿瘤杀死癌细胞.现用一直线加速器来加速质子，使其从静止开始被加速到1.0×107 m/s.已知加速电场的场强为1.3×105 N/C，质子的质量为1.67×10－27 kg，电荷量为1.6×10－19 C，则下列说法正确的是 A.加速过程中质子电势能增加 B.质子所受到的静电力约为2×10－15 N C.质子加速需要的时间约为8×10－6 s D.加速器加速的直线长度约为4 m √ 解析　加速过程中静电力对质子做正功，则质子电势能减小，选项A错误； 质子所受到的静电力约为F＝Eq＝1.3×105×1.6 ×10－19 N≈2×10－14 N，选项B错误； 二、带电粒子在电场中的偏转 如图所示，质量为m、电荷量为＋q的粒子以初速度v0垂直于电场方向射入两极板间，两平行板间存在方向竖直向下的匀强电场，已知板长为l，板间电压为U，板间距离为d，不计粒子的重力，设粒子不与平行板相撞. 粒子在板间做类平抛运动，应用运动分解的知识进行分析处理，如图所示. 两个推论 (1)粒子从偏转电场中射出时，其速度方向的反向延长线与初速度方向的延长线交于一点，此点为粒子沿初速度方向位移的中点. 注意：分析粒子的偏转问题也可以利用动能定理，即qEy＝ΔEk，其中y为粒子在偏转电场中沿静电力方向的偏移量. 1.动力学分析 带电粒子以初速度v0垂直进入平行板产生的匀强电场中，受到与初速度方向垂直的静电力的作用做匀变速曲线运动，是类平抛运动。 2. 运动的分析 （1）在垂直于电场线方向上不受任何力，做匀速直线运动。 （2）在平行于电场线方向，受到静电力做初速度为0的匀加速直线运动。 偏移距离（侧移距离或侧