10.5 带电粒子在电场中的运动 课件 2023-2024学年高一物理人教版（2019）必修第三册.pptxVIP

第十章静电场中的能量第5节带电粒子在电场中的运动水平投射的炮弹如何运动？静止释放的苹果作何运动？自由落体运动平抛运动电子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢?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.知识点一：带电粒子在电场中的加速例1.如图所示为直线加速器的示意图。平行金属板加上恒定电压U,质量为m、电荷量为+q的带电粒子从A板静止释放。求:粒子到达B板速度的大小？AB+方法一：动力学观点：主要用牛顿运动定律和匀变速直线运动的规律d(1)粒子在电场中如何运动？E匀加速直线运动vF(2)若两板距离是d,粒子的加速度是多大？U(3)粒子到达B板速度是多大？AB+方法二：能量观点——利用动能定理d(1)静电力对粒子做的功是多少？EvF(2)粒子到达B板动能是多大？U(3)粒子到达B板速度是多大？总结：粒子加速后的速度只与加速电压有关。知识点一：带电粒子在电场中的加速1.解决带电粒子匀加速运动问题有哪些思路？功和能量的关系运动和力的关系2.若两极板间不是匀强电场，该用何种方法求解？能量观点：动能定理若粒子的初速度为零,则:若粒子的初速度不为零,则:方法：分析带电粒子加速的问题，常有两种思路∶一种是利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式分析;另一种是利用静电力做功结合动能定理分析。选择：当解决的问题属于匀强电场且涉及运动时间等描述运动过程的物理量时，适合运用前一种思路分析;当问题只涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量或非匀强电场情景时，适合运用后一种思路分析。3．多极直线加速电压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。问题：如图多级平行板连接，能否加速粒子？间存在反向电压，使粒子减速，抵消了前面极板的所提供的能量，所以不能一直加速。BAUUot-U3．多极直线加速（1）如果电压方向变化时间相等，我们就需要加长极板之间距离。可以通过改变电压方向使带电粒子实现多级加速。对加速器设计思路（2）如果我们不改变极板之间的距离就需要不断缩短电压方向变化的时间间隔。＋U~－Uu00tT2T-u03．多极直线加速多级直线加速器示意图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。U~U2TTt3．多极直线加速多级直线加速器示意图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。＋U~Uu002TTt-u03．多极直线加速多级直线加速器示意图—根据可知，极板间的距离与速度无关，所以板间距离可以小一些，这样电子通过圆筒间隙的时间可以忽略不计，因此电子匀速穿过每个圆筒运动的时间恰好等于交变电压的周期的一半，为，所以每个圆筒的长度等于l=v。【例题1】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？解：在相邻圆筒间隙内的加速度为a第1次加速，v12-v02=2ad第2次加速，v22-v12=2adn式相加速第3次加速，??…………a??ln?第n次加速，?++++++++++----------+dLUq、m垂直电场方向：匀速直线运动沿电场方向：初速度为零的匀加速直线运动【问题提出】如图，一带电粒子以垂直匀强电场的场强方向以初速度v0射入电场，若不计粒子的重力，带电粒子将做什么运动？知识点二：带电粒子在电场中的偏转1.受力分析：v0仅受竖直向下的电场力2.运动分析：做类平抛运动+++++++++++++-------------L【问题提出】如图，粒子以初速度v0射入电场，求射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y和速度偏转的角度θ。偏移距离（侧移距离或侧移量）Udv0q、myv0Fθ偏转角（偏向角）vvy++++++++++L+--------Udv0q、mv0vyv2.加速度：y3.竖直分速度：θ1.飞行时间：4.竖直分位移：5.速度偏转