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

第二章 静电场的应用 粤教版 必修三 第二节 带电粒子在电场中的运动 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? 2 受电 场力 产生 加速度 使速度变化 利用电场 使带电粒子 加速 偏转 带电粒子在电场中的二类基本运动： 【1】带电粒子在电场中的加速 【2】带电粒子在电场中的偏转 （F合≠0） 匀变速直线运动—加速、减速 匀变速曲线运动—偏转 3 两类带电粒子 注：带电粒子所受重力一般远小于电场力，一般都不考虑重力(有说明或暗示除外). 2、宏观带电微粒：如带电小球、液滴、油滴、尘埃等. 带电粒子 一般可分为两类 1、微观带电粒子（基本粒子）：如电子、质子、α粒子，正负离子等. 注：一般都考虑重力(有说明或暗示除外). ②一般来说，粒子即使不考虑重力，也不能忽略质量 ①带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定。 4 带电粒子在电场中的加速 PART 01 A B U d E + F v 如图，在加上电压U并处于真空中相距d的平行金属板间有一正电荷q, 质量为m,只在电场力作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动，电荷将做什么运动？到达B板的速度多大？ 问题提出 01 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 A B U d E + F v 解决方案 02 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 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 解决方案 02 初速度不为零呢？ 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 03 粒子在非匀强电场中加速，适合从能量观点解决问题。 F E A B 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 04 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 05 U 0 u0 -u0 t T 2T t 多级直线加速器 05 ～ U 0 u0 -u0 t T 2T t U ~ ＋ － 方法与选择 06 方法：分析带电粒子加速的问题，常有两种思路∶ 动力学观点（利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式） 能量观点（静电力做功结合动能定理） 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，适合运用动力学观点分析; 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，适合运用能量观点分析。 带电粒子加速器 07 典例分析 08 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？ 1、下列粒子由静止经加速电压为U的电场加速后， 哪种粒子动能最大 （ ） 哪种粒子速度最大 （ ） A、质子 B、电子 C、氘核 D、氦核 与电量成正比 与比荷平方根成正比 D B 小试牛刀 2、如图所示，M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为m、电量为+q的带电粒子，以极小的初速度由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子到达N板的速度为v，如果要使这个带电粒子到达N板的速度为2v ，则下述方法能满足要求的是（ ） A、使M、N间电压增加为2U B、使M、N间电压增加为4U C、使M、N间电压不变，距离减半 D、使M、N间电压不变，距离加倍 M N U d + v与电压平方