帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(課件)高一物理(人教版2019-必修第三冊(cè))

10.5帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第十章靜電場(chǎng)中的能量大型粒子對(duì)撞機(jī)新課引入0醫(yī)用直線加速器(IGRT)示波器新課引入0一、研究對(duì)象與受力特征1、研究對(duì)象微觀粒子：如電子、質(zhì)子、各類(lèi)離子等……宏觀粒子：液滴、小球、小物塊、小環(huán)等……2、受力特征一般說(shuō)來(lái)微觀粒子及題目中強(qiáng)調(diào)不計(jì)重力的不必考慮重力，宏觀粒子需要考慮重力。當(dāng)條件不明時(shí)，比較qE與mg大小，若qE>>mg，則不計(jì)重力。注意：不計(jì)重力，不是不要考慮質(zhì)量，求加速度要用a=F合/m。帶電粒子在電場(chǎng)中的加速1【情景】如圖,真空中一對(duì)金屬板間距為d,加上電壓U。若一個(gè)質(zhì)量為m,帶正電荷q的粒子,在靜電力的作用下由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng)。【問(wèn)題】1.帶電粒子在兩極板間做什么運(yùn)動(dòng)？

2.如何求出到達(dá)另一極板的末速度v

？U(不計(jì)粒子的重力）解法一利用牛頓第二定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解解法二利用靜電力做功結(jié)合動(dòng)能定理求解當(dāng)解決的問(wèn)題屬于勻強(qiáng)電場(chǎng)且運(yùn)動(dòng)時(shí)間等運(yùn)動(dòng)過(guò)程的物理量，適合運(yùn)用解法一;當(dāng)問(wèn)題只涉及位移、速率等動(dòng)能定理公式中的物理量或非勻強(qiáng)電場(chǎng)情景時(shí)，適合運(yùn)用解法二。帶電粒子在電場(chǎng)中的加速1單級(jí)加速---電子槍低壓電源加熱燈絲產(chǎn)生熱電子高壓＋－高壓電源產(chǎn)生加速電場(chǎng)帶電粒子在電場(chǎng)中的加速1多級(jí)加速問(wèn)題：如圖多級(jí)平行板連接，能否加速離子？U＋＋＋－－－ABCDEF帶電粒子在電場(chǎng)中的加速1多級(jí)直線加速器示意圖U0u0-u0tT2TU~＋－帶電粒子在電場(chǎng)中的加速1例3、如圖甲，某裝置由多個(gè)橫截面積相同的金屬圓筒依次排列，其中心軸線在同一直線上，圓筒的長(zhǎng)度依照一定的規(guī)律依次增加。序號(hào)為奇數(shù)的圓筒和交變電源的一個(gè)極相連，序號(hào)為偶數(shù)的圓筒和該電源的另一個(gè)極相連。交變電源兩極間電勢(shì)差的變化規(guī)律如圖乙所示。在t＝0時(shí)，奇數(shù)圓筒相對(duì)偶數(shù)圓筒的電勢(shì)差為正值，此時(shí)位于和偶數(shù)圓筒相連的金屬圓板（序號(hào)為0）中央的一個(gè)電子，在圓板和圓筒1之間的電場(chǎng)中由靜止開(kāi)始加速，沿中心軸線沖進(jìn)圓筒1。為使電子運(yùn)動(dòng)到圓筒與圓筒之間各個(gè)間隙中都能恰好使靜電力的方向跟運(yùn)動(dòng)方向相同而不斷加速，圓筒長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)必須遵照一定的規(guī)律。若已知電子的質(zhì)量為m、電子電荷量為e、電壓的絕對(duì)值為u，周期為T(mén)，電子通過(guò)圓筒間隙的時(shí)間可以忽略不計(jì)。則金屬圓筒的長(zhǎng)度和它的序號(hào)之間有什么定量關(guān)系？第n個(gè)金屬圓筒的長(zhǎng)度應(yīng)該是多少？帶電粒子在電場(chǎng)中的加速1解：設(shè)電子進(jìn)入第

n個(gè)圓筒后的速度為v，根據(jù)動(dòng)能定理有得第n個(gè)圓筒的長(zhǎng)度為圓筒長(zhǎng)度跟圓筒序的平方根成正比，第n

個(gè)圓筒的長(zhǎng)度是帶電粒子在電場(chǎng)中的加速1【情景】如圖，水平放置一對(duì)金屬板Y和Y′,長(zhǎng)度為L(zhǎng)，相距為d，極板間的電壓為U。一電荷量為q質(zhì)量為m的電子，從兩板中央以水平速度v0射入?！締?wèn)題】1.請(qǐng)你分析電子的運(yùn)動(dòng)？

2.求電子穿出電場(chǎng)時(shí)的側(cè)移量y與偏轉(zhuǎn)角的tanθ.dU+-v0LYY′-yx)θv0vv┴y完成探究表帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)2類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)與粒子比荷成正比與粒子初速度v0的平方成反比與電場(chǎng)的屬性U、l、d有關(guān)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)2與粒子比荷成正比與粒子初速度v0的平方成反比與電場(chǎng)的屬性U、l、d有關(guān)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)21.飛行時(shí)間：2.加速度：3.豎直分速度：4.豎直分位移：5.速度偏轉(zhuǎn)角：帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)2示波器示波器原理3示波管結(jié)構(gòu)：電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成（管內(nèi)抽成真空）示波器可以用來(lái)觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的情況。示波器的核心部件是示波管.產(chǎn)生高速飛行的電子束待顯示的電壓信號(hào)鋸齒形掃描電壓使電子沿Y方向偏移使電子沿x方向偏移示波器原理3要使圖像在水平方向展開(kāi)，應(yīng)在XX′之間加怎樣的電壓？YY′X

′X亮斑在水平方向來(lái)回運(yùn)動(dòng)－－掃描.BCDEA一個(gè)小實(shí)驗(yàn)的啟示tUxx′ABDCE示波器原理3YY′X′X

若在YY′之間加如圖信號(hào)電壓，同時(shí)在XX′之間加如圖掃描電壓，兩者周期相同，則在熒光屏上就會(huì)看到信號(hào)電壓的波形了。Uyy′Uxx′tO0t示波器原理3知識(shí)總結(jié)：方法總結(jié)：1.帶電粒子在電場(chǎng)中的加速運(yùn)動(dòng)。2.帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題。3.示波管的原理1.理想化處理建立模型；2.類(lèi)比、控制變量法等。示波器原理31．靜電火箭是利用電場(chǎng)加速工作介質(zhì)形成高速射流而產(chǎn)生推力的。工作過(guò)程簡(jiǎn)化圖如圖所示，離子源發(fā)射的帶電離子經(jīng)過(guò)加速區(qū)加速，進(jìn)入中和區(qū)與該區(qū)域里面的電子中和，最后形成中性高速射流噴射而產(chǎn)生推力。根據(jù)題目信息可知（）A．M板電勢(shì)低于N板電勢(shì)B．進(jìn)入中和區(qū)的離子速度與離子帶電荷量無(wú)關(guān)C．增大加速區(qū)MN極板的距離，可以增大射流速度而獲得更大的推力D．增大MN極板間的電壓，可以增大射流速度而獲得更大的推力D課堂練習(xí)4第7題圖2．如圖所示，電子以某一初速度沿兩塊平行板的中線方向射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中，已知極板長(zhǎng)度l，間距d，電子質(zhì)量m，電荷量e。若電子恰好從極板邊緣射出電場(chǎng)，由以上條件可以求出的是()A．偏轉(zhuǎn)電壓B．偏轉(zhuǎn)的角度C．射出電場(chǎng)速度D．電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間B課堂練習(xí)