第五节 带电粒子在匀强电场中的运动(课件)-【中职专用】高中物理同步精品课堂（高教版电工电子类）

第五节 带电粒子在匀强电场中的运动第五节 带电粒子在匀强电场中的运动 1 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。 新课导入 电子在加速器中是受到什么力作用而加速的呢? 01 PART 01 带电粒子的加速 带电粒子的加速 观察发现，电子束的运动轨迹是 线，运动轨迹和电子所受电场力的方向 （填“垂直”或“平行”）。 4 在真空中有一对平行金属板，在两板间加上电压U，两板间便产生一个匀强电场E。设一个电荷量为q的带正电粒子，在电场力F的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，那么，它到达负极板时的速度是多大？ 带电粒子的加速 5 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 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。 A B U d E + F v 思考：若两极板间不是匀强电场，该用何种方法求解？ 若粒子的初速度为零,则: 若粒子的初速度不为零,则: 能量观点——动能定理 延伸思考 问题：如图多级平行板连接，能否加速粒子？ U ＋ ＋ ＋ － － － A B C D E F 提出新问题 怎么办 ？ 多级直线加速器示意图 U ~ ＋ － 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。 多级直线加速器 U 0 u0 -u0 t T 2T t 示例1 某电子加速器的两个极板，两极板上各有一个小孔，彼此正对。如果在正极板左侧分布质量为1×10-30 kg，带电荷量为2×10-19 C的粒子，其中有一部分能以很小的速度（计算时可忽略）从左孔进入电场，当极板间电压为4 000 V时，粒子被加速后从右孔射出时速度是多少？如果电压增加到100 000 V，粒子射出时速度又是多少？ 11 带电粒子由正极板运动到负极板，极板间电势差为U，因此电场力对带电粒子做的功为qU，带电粒子动能增加，电势能转化为动能，根据动能定理可以计算出射出时速度v。 示例1 12 02 PART 01 带电粒子在匀强电场中的偏转 带电粒子在匀强电场中的偏转 若带电粒子进入电场时的速度方向与所受电场力的方向不平行，它就会受到侧向的作用力，带电粒子就会发生偏转。下面来研究一种特殊情况——带电粒子的初速度方向与电场方向垂直的情况 14 在真空中水平放置一对金属板，板间距离为d。接上电压为U的电源后，在板间就形成了匀强电场，电场强度为 带电粒子在匀强电场中的偏转 15 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： 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 L d + - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + U v0 q、m F + v v0 vy y θ 偏转角（偏向角） 偏移距离（侧移距离或侧移量） 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。 问题跟进 L d - - - - - - - - + + + + + + + + + U v0 q、m + + vy θ v v0 y 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： 问题突破 1.初速度相同的带电粒子，无论m、q是否相同，只要q/m相同，则偏转距离y和偏转角度θ都相同。(即轨迹重合) 当偏转电场的U、L、d一定： L d - - - - - - - - - - + + + + + + + + + U v0 q、m + + vy θ v v0 y 2.初动能相同的带电粒子，只要q相同，无论 m 是否相同，则偏转距离y和偏转角度θ都相同。 (即轨迹重合) 规律总结 应用一——示波器 为什么示波器可以把我们肉眼看不见的电信号能转换成图像？ 20 示波管结构是由电子枪、竖直偏转电极、水平偏转电极和荧光屏等部分组成，它们均被封闭在真空的玻璃管内。从阴极炽热金属丝发射出来的电子被加速，并从阳极板中心的孔穿出，沿直线前进最后打在荧光屏中心，在那里产生一个亮点。 示波器 21 电子枪前面的一对水平放置的偏转电极Y、Y′称为竖直偏转电极。在Y、Y′上加电压，如果使Y′板的电势高于Y板，电子枪发射的电子就要向Y′板偏转，荧光屏上的亮点位于屏中心的下方。 示波器 22 当Y、Y′上加的是周期性变化的电压，X、X′之间不加电压，显示 一