10.5 带电粒子在电场中的运动 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

10.5带电粒子在电场中的运动 问题与目标 1.通过探究活动结合生活实际，认识理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转方向的问题。 2.引导学生经历科学探究过程，知道示波管的构造和基本原理，能解释相关的物理现象 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。 带电粒子在电场中受到静电力的作用会产生加速度，使其原有速度发生变化。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。 利用电场使带粒子加速的具体应用有哪些呢？本节课我们就以匀强电场为例来研究这个问题。 一.带电粒子在电场中的加速 怎样改变物体的速度？ 要使带电粒子在电场中只被加速而不改变运动方向该怎么办? 合力与初速度在一条直线上，改变速度的大小；合力与初速度成90°，仅改变速度的方向；合力与初速度成一定角度θ，既改变速度的大小，又改变速度的方向。 带电粒子的速度方向与电场强度的方向相同或相反。 阅读教材第44～45页例题1 金属导体内部的电场强度是什么情况? 由于静电屏蔽金属导体内部的电场强度等于0。 电子在金属圆筒内部做什么运动?在相邻圆筒的间隙中做什么运动? 电子在各个金属圆筒内部都不受静电力的作用，它在圆筒内做匀速直线运动，只是在相邻圆筒的间隙中才会被加速。 怎样保证电子不断加速? 电子每次到达间隙处的电场强度都必须向左。 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，电场强度的方向如何周期性变化? 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。如果电子匀速穿过每个圆筒运动的时间恰好等于交变电压的周期的一半，它就能踏准节奏，每到达一个间隙，恰好是该间隙的电场强度变为向左的时刻。 金属圆筒的长度和它的序号之间有什么定量关系? 由于电子通过每一个间隙所增加的动能都等于eu，由此可知电子在各个圆筒内的动能和速度，而各个圆筒的长度应该等于电子在该圆筒中的速度大小与交变电压的半个周期的乘积。 二、带电粒子的偏转：（不计重力） + + + + + + + + + - - - - - - - - - v0 + q、m d l F y + v v0 vy θ 12 1、运动状态分析： 带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场时，若只受电场力作用，则带电粒子做匀变速曲线运动。 13 2、偏转问题的分析处理方法： （1）沿初速度方向是速度为v0的匀速直线运动； （2）沿电场力方向是初速度为零的匀加速直线运动。 类平抛运动 14 与粒子比荷q/m成正比 与粒子初速度v0的平方成反比 与电场的属性U、l、d有关 15 带电粒子偏转的几个推论： 一、速度偏转角的正切值是位移偏转角正切值的两倍。 二、粒子从偏转电场中射出时，速度的反向延长线过水平位移的中点。 三、不同比荷（q/m）的粒子均从静止开始，经过同一加速电场后，又进入相同偏转电场射出时，偏转位移和速度偏转角相同。 16 电子枪 荧光屏 偏转电极 + - X X 、 y 、 y X X 、 y 、 y 亮斑 如果在偏转电极XX’、YY’上不加电压，电子如何运动？如果在偏转电极XX’上不加电压，偏转电极YY’上加电压电子又如何运动？ 3.示波管原理 17 科学漫步 范德格拉夫静电加速器 1.阅读课文了解范德格拉夫静电加速器。 2.说一说在医院直线加速器的应用。 参考答案：在医院，用直线加速器产生的粒子束（射线）治疗某些癌症，称为放射治疗。与使用钴 60 等放射性物质的放射治疗相比，使用直线加速器不需要放射源，不开机时完全没有射线，更加安全，也 便于管理。 18 随堂小练 1.一个电子穿过某一空间而未发生偏转，则( ) A．此空间一定不存在磁场 B．此空间一定不存在电场 C．此空间可能同时有电场和磁场 D．此空间可能只有匀强磁场，方向与电子速度方向垂直 C C 3.在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动,关于电子到达Q板时的速率,下列解释中正确的是(   ) A.两板间距离越大,加速的时间就越长,则获得的速率越大 B.两板间距离越小,加速度就越大,则获得的速率越大 C.与两板间的距离无关,仅与加速电压U有关 D.以上解释都不正确 C 课堂小结： 一、利用电场使带电粒子加速 二、利用电场使带电粒子偏转 从动力学和运动学角度分析 从做功和能量的角度分析 类似平抛运动的分析方法 粒子在与电场垂直的方向上做 匀速直线运动 粒子在与电场平行的方向上做 初速度为零的匀加速运动　 22 $$