10.5.1带电粒子在电场中的运动 课件 -2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第5节 带电粒子在电场中的运动 第十章 人教版 高中物理必修三 第1课时 新课导入 加速带电粒子用于医疗实践 “质子疗法” 先将质子加速到具有较高的能量， 再将它引向轰击肿瘤，杀死细胞： “放射疗法” 将被加速后的电子轰击重金属靶， 产生出的放射线用于医学治疗。 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 研究带电粒子在电场中的运动 1.研究运动物体的一般思路是什么？ 2.决定物体做什么运动的条件又是什么？ 想一想 从哪里入手分析？ 研究运动的基本思路 1、运动和力的观念 （1）研究对象的初速度v和加速度a （2）决定物体做什么运动的条件 例如： 匀变速运动 --- 加速度恒定 直（曲）线运动 --- v与a的方向关系 加（减）速运动 --- v与a的夹角关系 （思路1） 2、功能关系的观念 （思路2） 带电粒子在电场中的加速 运动和力 （思路1） 功 和 能 （思路2） 观 念 规 律 问 题 牛顿运动定律 匀变速直线运动规律 静电力做功 动能定理 属于匀强电场，涉及运动时间等描述运动过程的物理量 ①涉及位移速率等动能定理公式中的物理量 ②非匀强电场的情景 【例题1】如图所示，真空中平行金属板A、B之间的距离为d，有一个质量为m电荷量为q的正离子位于A板旁，给两金属板加直流电压U，把两板间的电场看做匀强电场。求：该粒子从A板由静止开始运动到达B板时的速度vB。 利用运动和力的观念 利用功和能的观念 电压U越大，粒子的速度就越大。但电压不可能很大，所以，就难以获得足够大的速度。 解决问题 典例解析 ＋ 解决问题 A B ＋ － ＋ － ＋ － C D E + F G － － － ＋ ＋ 带电粒子是如何被加速的 A B ＋ － － C D E F G ＋ ＋ － 带电粒子是如何被加速的 1.带电粒子会在金属圆筒里被加速吗？ 2.带电粒子是在哪里被加速的？ 3.加上什么样的电压可以使带电粒子实现多级加速？ 多级加速器的加速原理 + 电势高 电势低 ɑ 状态1 高 低 状态2 高 低 多级加速器的加速原理 1.电子如何被加速的？ 2.圆筒的长度有什么分布规律?为什么? 【例题】如图甲，某装置由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列，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，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 n 个金属圆筒的长度应该是多少？ 方法：分析带电粒子加速的问题，常有两种思路∶ 一种是利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式分析;另一种是利用静电力做功结合动能定理分析。 选择：当解决的问题属于匀强电场且涉及运动时间等描述运动过程的物理量时，适合运用前一种思路分析;当问题只涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量或非匀强电场情景时，适合运用后一种思路分析。 【练习1】如图，一带正电荷的粒子以竖直向上的速度v从P点进入水平向右的匀强电场中，已知粒子所受重力与其所受的电场力大小相等。与在P点相比，粒子运动到最高点时（  ） A．电势能增加，动能不变 B．电势能减小，动能不变 C．重力势能增加，动能减小 D．重力势能增加，动能增加 课堂练习 【正确答案】B $$