【課件】帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件高二上學(xué)期物理人教版必修第三冊(cè)(共25張)

第十章

靜電場(chǎng)中的能量10.5帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)目錄二、知識(shí)講解三、小結(jié)四、練習(xí)一、上節(jié)回溯一、上節(jié)回溯1．電容器2．電容器的充電3．電容器的放電4．電容5．電容的單位二、知識(shí)講解——帶電粒子在電場(chǎng)中加速問(wèn)題引入電子被加速器加速器加速后轟擊重金屬靶時(shí)，會(huì)產(chǎn)生射線，可用于放射治療，下圖展示了一臺(tái)醫(yī)用電子直線加速器。電子在加速器中是受什么力的作用而加速的呢？帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況思考：如圖所示，將一帶電粒子靜止置于平行金屬板間，粒子將如何運(yùn)動(dòng)？1．粒子繼續(xù)靜止在平行金屬板之間：

這種情況，只出現(xiàn)在粒子所受靜電力與粒子所受重力大小相等，方向相反的情況下。＋－Uq微觀粒子：如電子、質(zhì)子、離子等，一般不考慮其重力，只考慮其質(zhì)量

帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，一般不能忽略其重力二、知識(shí)講解——帶電粒子在電場(chǎng)中加速帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況思考：如圖所示，將一帶電粒子靜止置于平行金屬板間，粒子將如何運(yùn)動(dòng)？2．粒子做勻加速直線運(yùn)動(dòng)：

不考慮粒子所受重力，粒子只受靜電力作用，運(yùn)動(dòng)方向與受力方向在同一直線上，粒子則在平行金屬板間做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。＋－Uq二、知識(shí)講解——帶電粒子在電場(chǎng)中加速帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況思考：如果帶電粒子，沿平行于電場(chǎng)線方向帶有初速度釋放進(jìn)入電場(chǎng)，那么帶電粒子運(yùn)動(dòng)情況如何?1．重力和靜電力合力為零，勻速直線運(yùn)動(dòng)2．只考慮靜電力或合力不為零，勻變速直線運(yùn)動(dòng)＋－Uq二、知識(shí)講解——帶電粒子在電場(chǎng)中加速帶電粒子在電場(chǎng)中的加速

二、知識(shí)講解——帶電粒子在電場(chǎng)中加速例題：

如圖10.5-1甲，某裝置中，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)的圓筒和另一個(gè)極相連。

交變電源兩極間的電勢(shì)差的變化規(guī)律如圖10.5-1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)中央由靜止開(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)縫隙中都能恰好使靜電力方向跟運(yùn)動(dòng)方向相同不斷加速，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、電子的電荷量為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)之間有什么定量的關(guān)系？第n個(gè)金屬圓筒的長(zhǎng)度應(yīng)該是多少？二、知識(shí)講解——帶電粒子在電場(chǎng)中加速圖

10.5-1甲圖

10.5-1乙分析

如圖10.5-1所示，因?yàn)殪o電平衡金屬導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零，電子在各個(gè)金屬圓筒內(nèi)部都不受靜電力作用，它在圓筒內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，只是在相鄰圓筒的間隙中才會(huì)被加速。

為使電子在所有相鄰圓筒的間隙中都能受到向右的靜電力，電子所到達(dá)間隙間的電場(chǎng)強(qiáng)度都必須向左。在同一間隙中，電場(chǎng)強(qiáng)度方向是周期性變化的，二、知識(shí)講解——帶電粒子在電場(chǎng)中加速每半個(gè)周期，電場(chǎng)強(qiáng)度的方向左右變化一次。如果電子勻速穿過(guò)每個(gè)圓筒運(yùn)動(dòng)的時(shí)間恰好等于交變電壓的周期的一半，它就能踏準(zhǔn)節(jié)奏，每到達(dá)一個(gè)間隙，恰好是該間隙的電場(chǎng)強(qiáng)度變?yōu)橄蜃蟮臅r(shí)刻。

由于電子通過(guò)每一個(gè)間隙所增加的動(dòng)能都等于eu，由此可知電子在各個(gè)圓筒中內(nèi)的動(dòng)能和速度，而各個(gè)圓筒的長(zhǎng)度應(yīng)該等于電子在該圓筒內(nèi)的速度大小與交變電壓的半個(gè)周期的乘積。

二、知識(shí)講解——帶電粒子在電場(chǎng)中加速二、知識(shí)講解——帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)思考如圖所示，將一個(gè)帶電粒子沿垂直于電場(chǎng)線方向釋放進(jìn)入電場(chǎng)中，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況？運(yùn)動(dòng)軌跡又是什么樣的？＋－Uqv0靜電力是恒力，帶電粒子做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)

在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，帶電粒子的初速度方向與電場(chǎng)方向垂直，靜電力方向與初速度方向垂直，帶電粒子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，帶電粒子所受靜電力恒定，初速度方向與靜電力方向垂直，粒子將做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，類(lèi)似平拋運(yùn)動(dòng)。帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條拋物線。帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)二、知識(shí)講解——帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)例題：

如圖10.5-2，兩相同極板A與B的長(zhǎng)度l

為6.0cm，相距d為2cm，極板間的電壓U

為200V。一個(gè)電子沿平行于板面的方向射入電場(chǎng)中，射入時(shí)的速度v0

為3.0×107m/s。把兩板間的電場(chǎng)看作勻強(qiáng)電場(chǎng)，求電子射出電場(chǎng)時(shí)沿垂直于板面方向的偏移距離y和偏轉(zhuǎn)角度θ。分析

電子在垂直于板面方向受到靜電力。由于電場(chǎng)不隨時(shí)間改變，而且是勻強(qiáng)電場(chǎng)，所以整個(gè)運(yùn)動(dòng)中在垂直于板面的方向上加速度是不變的。＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－-ev0dlABy圖

10.5-2二、知識(shí)講解——帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)

二、知識(shí)講解——帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)

v0v⊥vθ圖

10.5-3二、知識(shí)講解——帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)（1）示波器：用于觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化情況的儀器；（2）示波管：示波器的核心部件，由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏三部分組成；（3）原理：利用了帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律，靈敏、直觀地顯示出電信號(hào)隨時(shí)間變化的圖線。示波管二、知識(shí)講解——帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)圖為范德格拉夫起電機(jī)的部分示意圖，通過(guò)傳送帶傳送和尖端放電，正電荷在金屬球殼外表面不斷堆積，因此金屬殼與大地之間產(chǎn)生高電壓。加速管安裝在絕緣支柱里，就可以形成一種直線加速器。

用直線加速器產(chǎn)生的粒子束治療某些癌癥，稱為放射治療，使用直線加速器不需要放射源，不開(kāi)機(jī)時(shí)完全沒(méi)有射線，因此更加安全，也便于管理?？茖W(xué)漫步二、知識(shí)講解——帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)三、小結(jié)1．帶電粒子在電場(chǎng)中的加速2．帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)1．真空中有一對(duì)平行金屬板，相距6.2cm，兩板電勢(shì)差為90V。二價(jià)氧離子由靜止開(kāi)始加速，從一個(gè)極板到達(dá)另一個(gè)極板時(shí)，動(dòng)能是多大？這個(gè)問(wèn)題有幾種解法？哪種解法比較簡(jiǎn)便。四、練習(xí)

D－＋－UAOh四、練習(xí)3．讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物由靜止開(kāi)始經(jīng)過(guò)同一加速電場(chǎng)加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)里偏轉(zhuǎn)，它們是否會(huì)分離為三股粒子束？請(qǐng)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明。

四、練習(xí)

ACD－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋