带电粒子在电场中运动+高二上学期物理粤教版（2019）必修第三册

带电粒子在电场中运动（第一课时）年级：高二年级学科：物理（粤教版）主讲人：

学校：中国散裂中子源（广东

东莞）课堂引入中国散裂中子源（广东

东莞）课堂引入研究带电粒子在电场中运动情境：“大国重器”散裂中子源装置中，质子被加速器加速后轰击重金属靶时，放出中子，同时会产生射线，医学上也可用于放射治疗。如图是一台医用电子直线加速器。问题：电子或质子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？一个质量为m的质点在水平桌面上受到水平恒力F的作用从静止开始运动，前进距离为d,求其末速度v？1.复习讨论：F注：微观粒子的质量很小（如:电子、质子等），其重力远小于受到静电力，故可忽略重力。研究带电粒子在电场中运动

研究带电粒子在电场中运动的方法动力学观念牛顿运动定律匀加速直线运动规律适应匀强电场，涉及运动时间等描述运动过程的物理量能量观念静电力做功动能定理①涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量②也适用非匀强电场的情景规律适应情境观念带电粒子在电场中加速

情境：如图所示，在真空中安装一对面积较大的平行金属板，并在两板间加上电压U，两板之间形成了一个匀强电场，在紧靠正极板中间处有一电量为q、质量为m的带正电粒子，重力不计。

【思考问题】（1）粒子在两极板间将做什么运动？（2）设两板间的距离为d，则粒子在板间的加速度多大？（3）粒子从正极板运动到负极板，电场力做了多少功？（4）粒子到达负极板时的速度大小v是多少？带电粒子在电场中加速ABUdE+Fv受力分析仅受水平向右的电场力运动分析初速度为零，向右匀加速直线运动加速度ABUdE+Fv求电荷到达负极板时的速度？解法一运用运动学知识求解解法二运用动能定理知识求解初速度不为零呢？带电粒子在电场中加速

【讨论与交流】

（1）如果两极板不平行，则中间的电场不再是匀强电场，带电粒子仍由静止开始从正极板处运动到负极板，带电粒子末速度的大小仍为

吗？为什么？

（2）如果带电粒子改从电场的中央由静止开始释放，到达负极板时末速度的大小仍为

吗？为什么？带电粒子在电场中加速练习1、如图所示，P和Q为两平行金属板，板间有恒定的电压，在P板附近有一电子(不计重力)由静止开始向Q板运动，下列说法正确的是A．电子到达Q板时的速率，与加速电压无关，仅与两板间距离有关B．电子到达Q板时的速率，与两板间距离无关，仅与板间电压有关C．两板间距离越小，电子的加速度就越小D．两板间距离越大，加速时间越短带电粒子在电场中加速

带电粒子在电场中加速多级直线加速器想一想：如何使带电粒子获得较高的能量?方案一：利用高电压的电场来加速带电粒子。弊端：加速电压难以提高至理想水平，如果只加速一次，带电粒子的动能难以达到实际的需要。多级直线加速器想一想：如何使带电粒子获得较高的能量?方案一：利用高电压的电场来加速带电粒子。方案二：利用多级电场来加速带电粒子。

多级直线加速器多级直线加速器的应用1.在工业上，利用加速器产生的粒子束（射线）来改良材料的机械、耐温或绝缘等各方面的性能；2.在医疗上，利用加速器产生的粒子束来治疗某些癌症；3.在科研上，北京正负电子对撞机和国家散裂中子源（广东东莞）可使粒子获得巨大的能量，用于粒子物理实验及研究等；多级直线加速器的应用

如图2-2-10所示是直线加速器的一部分，A、B接在电压大小为U、极性随时间t周期性变化的电源

上

。一质量为m、电量为e的电子，以初速度v0进入第3

个金属圆筒左侧的小孔，此后在每个筒内均做匀速直线

运动，时间恰好都为t,在每两筒的缝隙间利用电场加速，时间不计。试计算确定3个筒各自的长度以及电子从第5个金属圆筒出来时的速度.图2-2-10课堂小结ABUdE+Fv0加速

多级加速物理观念：课堂小结科学思维：动力学观点牛顿运动定律和运动学规律匀强电场，涉及运动参量时。能量