10.5 带电粒子在电场中的运动 教学课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

带电粒子在电场中的运动 人教版高中物理 必修 3 新知导入 在现代科学实验和技术设备中，常常利用电场来控制或改变带电粒 子的运动。如图是一台医用电子直线加速器，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。 电子在加速器中是受到什么力的 作用而加速的呢？具体应用有哪 些呢？ 本节课我们来研究这个问题。 新知讲解 带电粒子在电场中的加速 1.带电粒子的加速 带电粒子沿与电场线平行的方向进入勻强电场，受到的静电力与运动方 向在同一直线上，做加速（或减速）直线运动 加速 加速 F 减速 ● 减速 E 新知讲解 2分析带电粒子加速的问题的两种思路 (1)利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式来分析 当解决的问题属于勻强电场且涉及运动时间等描述运动过程的物理量时 ,适合运用这一种思路分析。 可由静电力求得加速度进而求出末速度、位移或时间。 (2)利用静电力做功结合动能定理来分析。 静电力做的功等于粒子动能的变化量。 新知讲解 当问题只涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量或非勻强电场 情景时，适合运用这一种思路分析。 ④若粒子的初速度为零，则90=)m2得v= 2qU m ②若粒子的初速度不为需，则qU=}mv2. 2qU Y=1 0× 新知讲解 针对练习：在匀强电场E中，被加速的粒子电荷量为q,质量为，从 静止开始加速的距离为d,加速后的速度为V,这些物理量间的关系满 足动能定理qEd=(mv）。在非与强电场中，若粒子运动的初末位 置的电势差为U,动能定理表达成qU=mv2) 。一般情况下带电 整被加速后的速度可表达成V= 2qU 思考讨论1：有些带电物体，如带电小球、带电液滴、带电尘埃等受力 有何特点？ 新知讲解 参考答案：除受静电力作用外，还受重力作用，且重力一般不能忽略。 思考讨论2：重力什么时候可以忽略，什么时候不能忽略？ 参考答案：①只有在带电粒子的重力远远小于静电力时，粒子的重力才 可以忽略。 ②一般地说，微观带电粒子如电子、质子、离子、粒子等除有说明或 有明确暗示外，处理问题时均不计重力。而带电的液滴、小球等除有说 明或有明确暗示外，处理问题时均应考虑重力。 新知讲解 例题1：如图甲所示，某装置由多个横截面积相同的金属圆筒依次桃 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。 新知讲解 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？第个金属圆筒的长度应该是多少？ 交变电压 27 甲 新知讲解 分析：如图，由于金属导体内部的电场强度等于0，电子在各个 金属圆筒内部都不受静电力的作用，它在圆筒内的运动是匀速 直线运动，只是在相邻圆筒的间隙中才会被加速。 为使电子在所有相邻圆筒的间隙中都能受到向右的静电力，电 子所到达间隙处的电场强度都必须向左。在同一间隙中，电场 强度的方向是周期性变化的，每半个周期，电场强度的方向左 右变化一次。如果电子勻速穿过每个圆筒运动的时间恰好等于