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

带电粒子在电场中的运动 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。 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。 粒子加速器的应用 电子在粒子加速器中是受到了什么力的作用加速的呢 如图，一个质量为m、带正电荷q的粒子，只在静电力的作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动。试计算粒子到达负极板时的速度？ A B U d E + F v 一、带电粒子在加速电场中的运动 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 方法二：功能关系 ——利用动能定理 可知粒子加速后的速度至于加速电压有关 若极板间电场不是匀强电场呢？ 功能角度出发——动能定理 （1）、若粒子初速度为零，则： （2）、若粒子初速度不为零，则： 电子能在电场中走一条我们需要的曲线么 如图，一带正电荷粒子以垂直匀强电场的场强方向以初速度v0 射入电场，若不计粒子的重力，带电粒子将做什么运动？ 二、带电粒子在偏转电场中的运动 v0 q、m L d - - - - - - - - - - + + + + + + + + + U + + 1、受力分析： F=qE 仅有竖直向下的电场力 2、运动学分析： 垂直电场方向： 匀速直线运动 沿电场方向： 匀加速直线运动 类平抛运动 如图，粒子以初速度v0射入电场，求射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y和速度偏转的角度θ及位移的偏转角度α。 L d + - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + U v0 q、m F + v v0 vy y θ 偏转角（偏向角） 偏移距离（侧移距离或侧移量） 位移偏转角（偏向角） L d - - - - - - - - + + + + + + + + + U v0 q、m + + vy θ v v0 y 三、求解相关问题： 飞行时间： 加速度： 竖直方向分速度: 竖直方向偏移量： 速度偏向角： 位移偏转角： α 1.初速度相同的带电粒子，无论m、q是否相同，只要q/m相同，则偏转距离y和偏转角度θ都相同。(即轨迹重合) 当偏转电场的U、L、d一定： L d - - - - - - - - - - + + + + + + + + + U v0 q、m + + vy θ v v0 y 2.初动能相同的带电粒子，只要q相同，无论 m 是否相同，则偏转距离y和偏转角度θ都相同。 (即轨迹重合) 1、如图所示，炽热的金属丝发射的电子从负极板的小孔飘入电压为U的加速电场．已知电子的电荷量为e，质量为m，若不计电子的初速度和电子间的相互作用，则电子从正极板射出时速度的大小为（　　） 四、随堂测验 A. B. C. D. B 2、如图所示，平行板电容器的两个极板M、N长均为L，极板间距离为d。一个质量为m、电荷量为q的带电粒子从M的左端沿板方向以速度v0射入极板间，粒子恰好从N板的右端射出。不计粒子的重力和空气阻力。求： （1）粒子在M、N间运动的时间t。 （2）M、N间的电压U。 解:（1）粒子在极板间做类平抛运动，水平方向做匀速直线运 动，则有： L＝v0 t 可得： （2）设两极板间的场强为E，粒子的加速度为a，则： 由牛顿第二定律有：qE＝ma 在垂直于极板方向上则有： 代入数据可得： 3、如图所示，一个质量为m＝2.0×10﹣11kg，电荷q＝+1.0×10﹣5C的带电微粒（重力忽略不计），从静止开始经U1＝100V电压加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场，偏转电场的电压U2＝100V。金属板长L＝20cm，两板间距d＝20cm。求： （1）微粒进入偏转电场时的速度v0大小； （2）微粒射出偏转电场时的偏转角θ和偏移的距离y1是多少。 （3）电子离开电场后，打在屏上的P点，若s＝10cm，求OP的长？ Lavf58.20.100 $$