10.5 带电粒子的场运动 课件-2024-2025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 回顾 描述静电场的两个维度 力学性质 能量状态 电场强度E（电场线） E=F/q F=Eq ＋ A B 电势φ（等势面） φ=Ep/q Ep=φq WAB=qUAB= EpA-EpB=-ΔEp 解决静电场中粒子运动有哪些基本方法？ 力学性质 能量状态 牛顿力学+运动学规律 功能关系与能量守恒 动量定理和动量守恒 三大观点 预习 对象模型 基本粒子： (不考虑重力） 电子、质子、α粒子，正负离子等 宏观带电微粒： (考虑重力） 带电小球、液滴、 油滴、尘埃等 建构 G=mg=9×10-30N F/G=1×1015 F=qE=8×10-15N 电子、质子、离子等微观带电粒子所受重力一般远小于电场力，重力可忽略（明确说明或暗示除外。) 注意：忽略粒子重力并不是忽略粒子的质量！ F/G=？你会发现什么？ 【例题1】一个电子的质量m=0.91×10-30 kg, 电荷量e=1.6×10-19 C，当它位于E=5×104V/m的电场中时: 受到的重力G为多大？ 受到的电场力F为多大？ 对象模型 基本粒子： (不考虑重力） 电子、质子、α粒子，正负离子等 宏观带电微粒： (考虑重力） 带电小球、液滴、 油滴、尘埃等  A E  B  +q 建构 场模型 过程模型 ＋ A B  +q 匀变速 直线运动 加速度减小的 变加速直线运动 【例题2】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,只在电场力作用下从静止释放，电荷将做什么运动？到达B板的速度多大？ A B U d E 电场力做功:W=qU 粒子加速后的速度只与加速电压有关！ 若电荷q从两板间中点释放，又怎样求解？ 1、动力学观点：（动量观点） 2、能量观点： 由牛顿第二定律：a= 由运动学公式： 电场力:F= + v + 若右侧接有反向的电场呢？ 归纳总结在什么情况下适用何种观点？ A B U d E + v + ＋ A B 方法：分析带电粒子加速的问题，常有两种思路∶ 一种是动力学观点（利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式）分析;另一种是利用能量观点（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。 方法总结 应用 直线加速器 中科院HEPS直线加速器 U ＋ － A B 想一想 需要高能量的带电粒子，怎么办？ U ＋ ＋ ＋ － － － A B C D E F 想一想 如图多级平行板连接，能否加速粒子？ ～ 多级直线加速器 因为交变电压的变化周期相同，粒子在每个加速电场中的运动时间相等，分段加速后粒子速度逐渐增大，在圆筒中，不同阶段的金属圆筒长度不同。 【例题3】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、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 + B 小试牛刀 分别用U电压加速氘核 、氦核，粒子动能谁更大？ 2、（多选）如图甲所示，平行金属板中央有一个静止的电子，两板间距离足够大．当两板间加上如图乙所示的交变电压后，下图中反映电子速度v、位移x和加速度a三个物理量随时间t的变化规律可能正确的是(　　) A D 小试牛刀 3、如图甲所示，两平行正对的金属板A、B间加有如图乙所示的交变电压，一重力可忽略不计带正电的粒子被固定在两板的正中间P处.若在t0时刻释放该粒子，粒子会时而向A板运动，时而向B板运动，并最终打在A板上.则t0可能属于的时间段是(    ) 小试牛刀 B t＝0 $$