選修3-1靜電場19帶電粒子在電場中的運(yùn)動

1、2021-10-241選修3-1靜電場1.9帶電粒子在電場中的帶電粒子在電場中的運(yùn)動運(yùn)動2021-10-242教 學(xué) 目 標(biāo)一知識 與 技能1掌握帶電粒子在電場中加速和偏轉(zhuǎn)的規(guī)律； 2 理解電壓對粒子加速和偏轉(zhuǎn)的影響，并能綜合利用力學(xué)知識對有關(guān)問題進(jìn)行分析； 3 了解加速和偏轉(zhuǎn)在實(shí)際中的應(yīng)用。二過程 與 方法1掌握帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)的處理方法； 2 讓學(xué)生通過討論和思考得出知識，用動畫加強(qiáng)直觀，注重知識的建構(gòu)過程；三情感 態(tài)度 價(jià)值觀1了解加速和偏轉(zhuǎn)在實(shí)際中的應(yīng)用，培養(yǎng)應(yīng)用知識的意識，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣； 2 介紹我國的正負(fù)電子對撞機(jī)，培養(yǎng)為祖國富強(qiáng)而學(xué)習(xí)的理想； 3 在討論中培養(yǎng)合作精神。 20

2、21-10-243v重點(diǎn) ：解決帶電粒子在電場中加速和偏轉(zhuǎn)問題的方法 v難點(diǎn) ：對電場對粒子加速的規(guī)律的理解； v偏轉(zhuǎn)問題的分析方法。 2021-10-244引出課題 v教室里電腦顯示器的圖像是怎么出來的？ v如何控制帶電粒子的運(yùn)動？ v用電場來改變和控制帶電粒子的運(yùn)動。 2021-10-2451帶電粒子在電場中的運(yùn)，如圖電場中的一個(gè)帶正電的粒子會做什么樣的運(yùn)動呢？ 帶電粒子：如電子、質(zhì)子、原子核等 一般地，重力 電場力，重力可忽略不計(jì)。 一般地，帶電粒子在電場中的運(yùn)動遵守力學(xué)規(guī)律，以前所學(xué)運(yùn)變速運(yùn)動的運(yùn)動學(xué)公式、牛二定律、動能定理等都可以用來分析物體的運(yùn)動。 物體的運(yùn)動性質(zhì)由 F 合 和 V

3、 0 共同決定。2021-10-246V V1 1V V2 2U+-V V1 11、電荷受力分析、電荷受力分析2、運(yùn)動狀態(tài)分析、運(yùn)動狀態(tài)分析3、功能關(guān)系分析、功能關(guān)系分析一帶電粒子在電場中的直線運(yùn)動2021-10-247 兩塊平行正對的金屬板 A 、 B ，相距為 d ，帶有等量異號電荷，電壓為 U ，場強(qiáng)為 E ，如圖所示。一質(zhì)量為 m ，電荷為 q 的帶正電的粒子從 A 板處由靜止開始運(yùn)動，求其到達(dá) B 板的速度是多大？ 2021-10-248v習(xí)題1：用電壓為6.510 7 V的電子加速器給電子加速后，求電子的動能和速度分別為多大？已知電子的質(zhì)量為m e 0.9110 30 Kg，電子電

4、荷e1.610 19 C，電子的初速度忽略不計(jì)。 JqUEK117191004. 1105 . 6106 . 131111091. 01004. 122mEVK在高速情況下動能定理仍然成立，但速度要用相對論來計(jì)算。實(shí)際上，其速度為光速的 0.999 999 996 9 倍。 2021-10-249v例1、下列粒子從初速度為零的狀態(tài)經(jīng)加速電壓為U的電場后，哪種粒子速度最大 （ ）A、質(zhì)子 B、氘核 C、氦核 D、鈉離子v例例2、如圖如圖M、N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質(zhì)是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質(zhì)量為量為m電量為電量為-q的帶電粒子，以初速度的帶電粒子，以初速度V0由小孔進(jìn)入

5、電場，由小孔進(jìn)入電場，當(dāng)當(dāng)M、N間電壓為間電壓為U時(shí)，粒子剛好能到達(dá)時(shí)，粒子剛好能到達(dá)N板；如果要使這個(gè)板；如果要使這個(gè)帶電粒子能夠到達(dá)帶電粒子能夠到達(dá)M、N兩板間距的兩板間距的1/2處返回，則下述方法處返回，則下述方法能滿足要求的是：（能滿足要求的是：（ ）A、使初速度減半、使初速度減半B、使、使M、N間電壓加倍；間電壓加倍；C、使、使M、N間電壓提高間電壓提高4倍；倍；D、使初速度和、使初速度和M、N間的電壓都加倍間的電壓都加倍A UM NB2021-10-2410v以電子槍為例，指出在非勻強(qiáng)場中勻變速運(yùn)動公式無法應(yīng)用，但動能定理 既適用于勻強(qiáng)電場，也適用于非勻強(qiáng)電場。 2021-10-2

6、411演示：粒子在電場中的加速與電壓直接相關(guān)。 v第一步：解釋電路；如圖 v第二步：如果電壓變化，則 v 變； v第三步：如果電壓不變， 減小板間距 d ，則 v 也不變。 2021-10-2412二加速器 v帶電粒子的加速與電壓直接相關(guān)，人們用這個(gè)理論來指導(dǎo)粒子加速器的研究 v問題：怎樣用較低電壓得到較大速度？v多次加速的思想和規(guī)律： 2021-10-2413v介紹加速器的應(yīng)用:粒子束武器、醫(yī)用加速器、加速器顯微鏡、電視機(jī)、電腦顯示器v歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)（）日實(shí)施總能量達(dá)萬億電子伏特的質(zhì)子束流對撞成功，意味著人類在探索宇宙的奧秘方面又邁進(jìn)重要一步。據(jù)中國科學(xué)院高能物理所所長陳和生介紹，中國在

7、這項(xiàng)研究中作出了重要貢獻(xiàn)。 v是世界上最大的大型強(qiáng)子對撞機(jī)，位于日內(nèi)瓦附近、瑞士和法國交界地區(qū)地下米深處的環(huán)形隧道內(nèi)，隧道總長約公里，隧道內(nèi)安放了四個(gè)探測器，即緊湊繆子線圈（）、超環(huán)面儀器（）、底夸克探測器（）和大型離子對撞機(jī)（）。中國參與了所有四個(gè)探測器的建造和實(shí)驗(yàn)。 對撞機(jī)2021-10-2414三帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn) v電視機(jī)加速出來的電子不能打在一個(gè)點(diǎn)上，如何讓它按我們的要求打到不同的地方？能否用電場實(shí)現(xiàn)電荷的偏轉(zhuǎn)呢？v如圖，帶電粒子以垂直于電場方向的速度進(jìn)入勻強(qiáng)電場， 將會發(fā)生偏轉(zhuǎn)， 做一個(gè)拋物線運(yùn)動。 2021-10-2415 d+- lv v0 0d-qv vv v0 0v

8、 vyl l/ /2 2 4 52021-10-2416v1 。運(yùn)動性質(zhì)：類平拋運(yùn)動v 2 。運(yùn)動規(guī)律：v 2021-10-2417v如果帶電粒子從由靜止經(jīng)過一個(gè)電壓為 U 1 電場加速后進(jìn)入一個(gè)偏轉(zhuǎn)電場，偏轉(zhuǎn)電壓為 U 2 ，則其飛出電場時(shí)的側(cè)移距離為多少？設(shè)粒子電量為 q ，質(zhì)量為 m ，偏轉(zhuǎn)極板長 l ，板間距為 d 。 v根據(jù)： v側(cè)移距離與電荷的電量、質(zhì)量無關(guān)。 2021-10-2418v如果電壓不斷變化，則偏轉(zhuǎn)距離不斷變化。 v反過來，從偏轉(zhuǎn)距離的變化可以反映兩板間電壓的變化。 v可以據(jù)此來檢測一個(gè)電壓信號，如心電圖。 2021-10-2419例例3、一個(gè)初動能為一個(gè)初動能為EK的

9、帶電粒子以速度的帶電粒子以速度V垂直電場線方向飛入平行板電容器，飛垂直電場線方向飛入平行板電容器，飛出電容器時(shí)動能為出電容器時(shí)動能為2EK，若這個(gè)帶電粒子，若這個(gè)帶電粒子的入射初速度為原來的的入射初速度為原來的2倍，則該粒子飛倍，則該粒子飛出電容器時(shí)的動能應(yīng)為（出電容器時(shí)的動能應(yīng)為（ ）A、4EK； B、4.25EK; C、4.5EK D、8EKB2021-10-2420例例4、如圖所示，從燈絲發(fā)射的電子經(jīng)電壓為如圖所示，從燈絲發(fā)射的電子經(jīng)電壓為U1的加速電場加速后，進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的加速電場加速后，進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場U2，若要使電，若要使電子在電場中的偏轉(zhuǎn)量增大為原來的子在電場中的偏轉(zhuǎn)量增大為原來的2倍，可供選用倍，可供選用的方法是（的方