10.5带电粒子在电场中的运动（第1课时加速）课件-高二上学期物理人教版

完成一个小目标，需要一个大智慧！授课教师：10.5带电粒子在电场中的运动电子枪偏转电极-+荧光屏YY’XX’YY’XX’电子在加速器中是受到什么力作用而加速的呢?（第1课时）学习目标1.会从运动和力的关系的角度、从功和能量变化的关系的角度分析带电粒子在匀强电场中的加速问题。2.知道带电粒子垂直于电场线进入匀强电场运动的特点，并能对偏移距离、偏转角度、离开电场时的速度等物理量进行分析与计算。3.了解示波管的基本结构和工作原理.复习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/qF=Eq＋AB电势φ（等势面）φ=Ep/qEp=φqWAB=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（未学）三大观点复习回顾对象模型1.基本粒子：(不考虑重力）电子、质子、α粒子，正负离子等2.宏观带电微粒：(考虑重力）带电小球、液滴、油滴、尘埃等模型建构G=mg=9.1×10-30NF/G=1×1015F=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？【问题】一个电子的质量m=0.91×10-30kg,电荷量e=1.6×10-19C，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？α粒子质子 氚核氘核电子 质量数电荷数3.带电体是否考虑重力，要根据题目说明或运动状态判定。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

AE

B

+q模型建构场模型过程模型＋AB

+q匀变速直线运动加速度减小的变加速直线运动带电粒子在电场中1.平衡问题2.加速问题3.偏转问题荧光屏偏转电极电子枪真空玻璃管带电粒子在电场中运动

【例1】如图，水平放置的平行板间的匀强电场正中间P点，有一质量为m的带电粒子正好处于静止状态。求粒子的带电量？PUd二力平衡：mg=qE

二.带电粒子在电场中的平衡阴极射线管的工作原理

二.带电粒子在电场中的加速阴极射线管结构阴极发射电子束，电场作用下电子达到高速，撞击荧光屏产生了绿色的光加速电场带电粒子在电场中的运动，从受力的角度来看，遵循牛顿运动定律，从做功的角度来看，遵循能的转化和守恒定律．带电粒子在电场中加速★研究带电粒子运动的主要工具：电场力：加速度：电场力的功：动能定理：F=qEa=F/mW=qU一、带电粒子在电场中的加速ABUdE+Fv例2：真空中有一对平行金属板，两板间的电势差为U,若质量为m，电量为+q粒子只在电场力作用下从静止释放，电荷将做什么运动？计算它到达负极板时的速度。1、动力学观点：

2、能量观点：１、动力学方法：ABUdE+Fv只适用于匀强电场粒子加速后的速度只与加速电压有关2、动能定理：ABUdE+v也适用于非匀强电场扩展：如果初速度不为零，末速度如何计算？ABUdE+v0v1、动力学观点：电场力:F=qEv2-v02=2ad2、能量观点：由动能定理：电场力做功:W=qU用动能定理解题简便拓展思考拓展1

(1)若保持P、Q间电压不变，增大P、Q两板间的距离，电子到达极板时所用的时间将________(填“变长”“不变”或“变短”)，电子到达Q板的速率________(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)如何增大电子到达Q板的速率？【答案】增大两极板间的电压。变长不变（3）在加速问题中，如果两极板是其他形状，如图中所示，加速电场不再均匀，上面的结果是否仍然适用？为什么？在非匀强电场中，不满足牛顿运动定律的应用条件，所以只能应用动能定理来求解【练习1】下列粒子由静止经加速电压为U的电场加速后，哪种粒子动能最大（）哪种粒子速度最大（）

A、质子：B、电子：

C、氘核：D、氦核：

与电量成正比与比荷平方根成正比DB

【练习2】如图，电场中有A、B两点，A、B的电势差UAB＝100V，一个质量为m=2.0×10-12kg、电量为q=-5.0×10-8C的带电粒子，以速度v0=3.0×103m/s由A点运动到B点，求粒子到达B点时的速率。（不计粒子重力）Av0Bq为负解:根据动能定理得:动能定理：匀强或非匀强电场均适用-

【练习3】如图示，一质量为m，带电量为+q的液滴自由下落，并从小孔进入相距为d的两带电平行板，液滴下落的最大深度为d/2，极板电压为U，液滴开始下落的高度h为：

A.qU／2mgB.（qU／2mg）-d/2C.（2mg／qU）-d/2D.（qU／mg）-d/2dh注意：两点的电势差问题【引申】U＋－AB想一想需要高能量的带电粒子，怎么办？电压U越大，粒子的速度就越大。但电压不可能很大，所以，就难以获得足够大的速度。U＋＋＋－－－ABCDEF想一想如图多级平行板连接，能否加速粒子？怎么办？存在减速过程，抵消了前面极板的所提供的能量，所以不能一直加速。多级直线加速器示意图U~＋－+F+多级直线加速器示意图U~+F+＋－多级直线加速器示意图U~＋－+F+多级直线加速器示意图U~+F+＋－多级直线加速器示意图U~+F+＋－

可以通过不断改变电压方向使带电粒子实现多级加速。需在平行板之间交流电源带电粒子在电场中的直线运动（多级加速)U＋－＋－123456SEEEEE＋－－＋－＋~交流电为保证电子一直匀加速直线运动电子速度越来越大，穿过相邻两极板的时间越来越少，穿过极板内部做匀速直线运动要求交流电的周期越来越短也即交流电的频率越来越高如图多级平行板连接，间隙等宽，能否给电子加速？思考：带电粒子在电场中的直线运动（多级加速)UOu0-u0tT2TU~＋－如果使交流电的周期（频率）不变，也就需要极板间的间距越来越大多级直线加速器示意图U0u0-u0tT2T~U＋－金属圆筒金属圆筒的作用：由于金属导体的静电屏蔽作用，会使金属圆筒内部的电场强度等于0，电子在各个金属圆筒内部都不受静电力的作用，它在圆筒内的运动是匀速直线运动。极板极板的作用：电子在极板间加速多级直线加速器示意图U0u0-u0tT2T~U＋－金属圆筒极板

电子只有在极板之间被加速，射入金属圆筒后，电子做匀速直线运动，每次运动到圆筒右侧极板时，电压方向反向，电子都会被再次被加速，以更大的速度进入下一圆筒内，继续做匀速直线运动；多次重复这一加速过程，电子最终获得较大的速度。～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。U0u0-u0tT2T金属圆筒的长度是否有讲究？【例2】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？得第n个圆筒的长度为圆筒长度跟圆筒序的平方根成正比，第n

个圆筒的长度是解：设电子进入第

n个圆筒后的速度为v，根据动能定理有

典例探究第1次加速，v12-v02=2ad第2次加速，v22-v12=2ad

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