10.5 帶電粒子在電場中運動 課件高二上學期物理人教版（2019）必修第三冊

1.3平拋運動1.3平拋運動第十章靜電場中的能量

第五節(jié)帶電粒子在電場中的運動高中物理必修第三冊示波器圖象1加速問題2偏轉問題3加速與偏轉計劃與措施學習目標4示波管原理新課引入

電子被加速器加速后轟擊重金屬靶時，會產(chǎn)生射線，可用于放射治療。圖中展示了一臺醫(yī)用電子直線加速器。電子在加速器中是受到什么力的作用而加速呢？一、帶電粒子在電場中的加速

ABUdE+Fv方法一：動力學觀點：牛頓第二定律勻變速直線運動的規(guī)律方法二：能量觀點：總結：粒子加速后的速度只與加速電壓有關。由動能定理得問：若兩極板間不是勻強電場，該用何種方法求解？若粒子的初速度為零,則:若粒子的初速度不為零,則:由動能定理得拓展ABUdE+Fv一、帶電粒子在電場中的加速【典例1】如圖所示，在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運動。已知兩極板間電勢差為U，板間距為d，電子質量為m、帶電荷量為e。則關于電子在兩板間的運動情況，下列敘述正確的是(

)A．若將板間距d增大一倍，則電子到達Q板的速率保持不變B．若將板間距d增大一倍，則電子到達Q板的速率也增大一倍C．若將兩極板間電勢差U增大一倍，則電子到達Q板的時間保持不變D．若將兩極板間電勢差U增大一倍，則電子到達Q板的時間減為原來的一半A一、帶電粒子在電場中的加速

一、帶電粒子在電場中的加速U＋＋＋－－－ABCDEF一、帶電粒子在電場中的加速問：以下能否加速粒子？U~＋－

因交變電壓的變化周期相同，故粒子在每個加速電場中的運動時間相等。U0u0-u0tT2Tt一、帶電粒子在電場中的加速直線加速器：多級直線加速器

思考：如圖所示為電場直線加速器的示意圖，它由熾熱的金屬絲、

個長度不同的金屬圓筒（兩底面開有小孔）和一個靶組成。把熾熱的金屬絲與所有的圓筒交叉連接到電壓恒為

、電勢高低作周期性變化的電源上，確保每次電子從金屬絲到第一個圓筒的左側和每兩個圓筒的縫隙時都被電場加速，在圓筒內做勻速運動。縫隙寬度很小，電子經(jīng)過縫隙的時間不計，經(jīng)過每個圓筒的時間為

。試討論：每個圓筒的長度必須遵循什么條件？最后打在靶上的電子動能為多大？一、帶電粒子在電場中的加速解題思路∶法一：一種是利用牛頓第二定律結合勻變速直線運動公式分析;

法二：另一種是利用靜電力做功結合動能定理分析。方法選擇：當解決的問題屬于勻強電場且涉及運動時間等描述運動過程的物理量時，適合運用前一種思路分析;當問題只涉及位移、速率等動能定理公式中的物理量或非勻強電場情景時，適合運用后一種思路分析。一、帶電粒子在電場中的加速一、帶電粒子在電場中的加速如圖，一帶電粒子以垂直勻強電場的場強方向以初速度v0

射入電場，若不計粒子的重力，帶電粒子將做什么運動？1.受力分析：僅受豎直向下的電場力做類平拋運動2.運動分析：v0q、mLd----------+++++++++U++垂直電場方向：勻速直線運動沿電場方向：初速度為零的勻加速直線運動二、帶電粒子在電場中的偏轉Ld+-------------

+++++++++++

Uv0q、mF+vv0vyyθ偏轉角（偏向角）偏移距離（側移距離或側移量）如圖，粒子以初速度v0射入電場，求射出電場時沿垂直于板面方向偏移的距離y和速度偏轉的角度θ。二、帶電粒子在電場中的偏轉Ld--------+++++++++Uv0q、m++vyθvv0y1.飛行時間：2.加速度：3.豎直分速度：4.豎直分位移：5.速度偏轉角：二、帶電粒子在電場中的偏轉ABU1E+F----------+++++++++U2+vyθyvv0v0如圖，若粒子能從極板的右邊緣飛出偏轉電場，則末速度反向延長線交于水平位移的中點,粒子好像從極板間L/2處沿直線射出一樣。三、帶電粒子在電場中的加速與偏轉加速偏轉dL/2yv0-qvv0v⊥++++++-----LYXU2熒光屏光斑U1拓展：若粒子是從靜止經(jīng)過電場加速電壓U1加速后進入偏轉電場U2發(fā)生側移y；離開電場后，打在熒光屏上形成光斑，光斑距熒光屏中心的距離Y。請結合前面結論，推出y與Y的表達式。-θθ三、帶電粒子在電場中的加速與偏轉dL/2yv0-qvv0v⊥θθ++++++-----LYXU2熒光屏光斑U1-三、帶電粒子在電場中的加速與偏轉注：1.微觀帶電粒子，如電子、質子、離子等考慮重力2、宏觀微粒（顆粒），液滴，油滴、塵埃等考慮重力。四、帶電粒子在電場中的加速與偏轉1、作用：觀察電信號隨時間變化的情況2、結構：主要由電子槍、偏轉系統(tǒng)和光屏三部分組成。3、基本原理：帶電粒子在電場力的作用下加速和偏轉。示波器圖象加速電壓

電子槍偏轉電極亮斑亮斑熒光屏

電子槍產(chǎn)生高速飛行的電子束

加速電壓

示波管的構造作用：四、帶電粒子在電場中的加速與偏轉思考與討論1：如果在電極XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間也不加電壓，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉電極熒光屏四、帶電粒子在電場中的加速與偏轉思考與討論2：如果在電極XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間加不變電壓，使Y的電勢比Yˊ高，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉電極熒光屏四、帶電粒子在電場中的加速與偏轉思考與討論3：如果在電極XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間加不變電壓，使Yˊ的電勢比Y高，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉電極熒光屏四、帶電粒子在電場中的加速與偏轉思考與討論4：如果在XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間加按圖示的規(guī)律變化的電壓，在熒光屏會看到的什么樣的圖形？XˊXYYˊUYtOYˊ隨信號電壓同步變化，但由于視覺暫留和熒光物質的殘光特性，只能看到一條豎直的亮線。四、帶電粒子在電場中的加速與偏轉-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉電極熒光屏思考與討論5：如果在電極YYˊ之間不加電壓，而在XXˊ之間加不變電壓，使X的電勢比Xˊ高，電子將打在熒光屏的什么位置？四、帶電粒子在電場中的加速與偏轉UXt掃描電壓總結：若XXˊ所加的電壓為特定的周期性變化電壓，則亮斑在水平方向來回運動一一掃描，如果掃描電壓變化很快，亮斑看起來為一條水平的亮線。示波器圖象OXˊXYYˊ四、帶電粒子在電場中的加速與偏轉思考與討論6：如果在YYˊ之間加如圖所示的交變電壓，同時在XXˊ之間加鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？ABCDFABCt1DEFt2XˊXYtOUYUXOtABCDEEFt2t1t2t1四、帶電粒子在電場中的加速與偏轉

如果信號電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號電壓的周期相同，就可以在熒光屏上得到待測信號在一個周期內隨時間變化的穩(wěn)定圖象。示波器圖象tOUYUXOtXˊXYYˊ四、帶電粒子在電場中的加速與偏轉

C課堂練習

課堂練習【典例3】如圖所示為兩組平行金屬板，一組豎直放置，一組水平放置，今有一質量為m的電子(電荷量為e)靜止在豎直放置的平行金屬板的A點，經(jīng)電壓U0加速后通過