完成一個(gè)小目標(biāo)，需要一個(gè)大智慧！授課教師：10.5帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YY’XX’YY’XX’電子在加速器中是受到什么力作用而加速的呢?（第1課時(shí)）學(xué)習(xí)目標(biāo)1.會(huì)從運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的角度、從功和能量變化的關(guān)系的角度分析帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的加速問題。2.知道帶電粒子垂直于電場線進(jìn)入勻強(qiáng)電場運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，并能對偏移距離、偏轉(zhuǎn)角度、離開電場時(shí)的速度等物理量進(jìn)行分析與計(jì)算。3.了解示波管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理.復(fù)習(xí)回顧描述靜電場的兩個(gè)維度力學(xué)性質(zhì)能量狀態(tài)電場強(qiáng)度E（電場線）E=F/qF=Eq＋AB電勢φ（等勢面）φ=Ep/qEp=φqWAB=qUAB=EpA-EpB=-ΔEp解決靜電場中粒子運(yùn)動(dòng)有哪些基本方法？力學(xué)性質(zhì)能量狀態(tài)牛頓力學(xué)+運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律功能關(guān)系與能量守恒動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒（未學(xué)）三大觀點(diǎn)復(fù)習(xí)回顧對象模型1.基本粒子：(不考慮重力）電子、質(zhì)子、α粒子，正負(fù)離子等2.宏觀帶電微粒：(考慮重力）帶電小球、液滴、油滴、塵埃等模型建構(gòu)G=mg=9.1×10-30NF/G=1×1015F=qE=8×10-15N電子、質(zhì)子、離子等微觀帶電粒子所受重力一般遠(yuǎn)小于電場力，重力可忽略（明確說明或暗示除外。)注意：忽略粒子重力并不是忽略粒子的質(zhì)量！F/G=？你會(huì)發(fā)現(xiàn)什么？【問題】一個(gè)電子的質(zhì)量m=0.91×10-30kg,電荷量e=1.6×10-19C，當(dāng)它位于E=5×104V/m的電場中時(shí):受到的重力G為多大？受到的電場力F為多大？α粒子質(zhì)子 氚核氘核電子 質(zhì)量數(shù)電荷數(shù)3.帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目說明或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判定。對象模型基本粒子：(不考慮重力）電子、質(zhì)子、α粒子，正負(fù)離子等宏觀帶電微粒：(考慮重力）帶電小球、液滴、油滴、塵埃等

AE

B

+q模型建構(gòu)場模型過程模型＋AB

+q勻變速直線運(yùn)動(dòng)加速度減小的變加速直線運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場中1.平衡問題2.加速問題3.偏轉(zhuǎn)問題熒光屏偏轉(zhuǎn)電極電子槍真空玻璃管帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)

【例1】如圖，水平放置的平行板間的勻強(qiáng)電場正中間P點(diǎn)，有一質(zhì)量為m的帶電粒子正好處于靜止?fàn)顟B(tài)。求粒子的帶電量？PUd二力平衡：mg=qE

二.帶電粒子在電場中的平衡陰極射線管的工作原理

二.帶電粒子在電場中的加速陰極射線管結(jié)構(gòu)陰極發(fā)射電子束，電場作用下電子達(dá)到高速，撞擊熒光屏產(chǎn)生了綠色的光加速電場帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)，從受力的角度來看，遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律，從做功的角度來看，遵循能的轉(zhuǎn)化和守恒定律．帶電粒子在電場中加速★研究帶電粒子運(yùn)動(dòng)的主要工具：電場力：加速度：電場力的功：動(dòng)能定理：F=qEa=F/mW=qU一、帶電粒子在電場中的加速ABUdE+Fv例2：真空中有一對平行金屬板，兩板間的電勢差為U,若質(zhì)量為m，電量為+q粒子只在電場力作用下從靜止釋放，電荷將做什么運(yùn)動(dòng)？計(jì)算它到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度。1、動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)：

2、能量觀點(diǎn)：１、動(dòng)力學(xué)方法：ABUdE+Fv只適用于勻強(qiáng)電場粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān)2、動(dòng)能定理：ABUdE+v也適用于非勻強(qiáng)電場擴(kuò)展：如果初速度不為零，末速度如何計(jì)算？ABUdE+v0v1、動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)：電場力:F=qEv2-v02=2ad2、能量觀點(diǎn)：由動(dòng)能定理：電場力做功:W=qU用動(dòng)能定理解題簡便拓展思考拓展1

(1)若保持P、Q間電壓不變，增大P、Q兩板間的距離，電子到達(dá)極板時(shí)所用的時(shí)間將________(填“變長”“不變”或“變短”)，電子到達(dá)Q板的速率________(填“增大”“減小”或“不變”)。(2)如何增大電子到達(dá)Q板的速率？【答案】增大兩極板間的電壓。變長不變（3）在加速問題中，如果兩極板是其他形狀，如圖中所示，加速電場不再均勻，上面的結(jié)果是否仍然適用？為什么？在非勻強(qiáng)電場中，不滿足牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用條件，所以只能應(yīng)用動(dòng)能定理來求解【練習(xí)1】下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為U的電場加速后，哪種粒子動(dòng)能最大（）哪種粒子速度最大（）

A、質(zhì)子：B、電子：

C、氘核：D、氦核：

與電量成正比與比荷平方根成正比DB

【練習(xí)2】如圖，電場中有A、B兩點(diǎn)，A、B的電勢差UAB＝100V，一個(gè)質(zhì)量為m=2.0×10-12kg、電量為q=-5.0×10-8C的帶電粒子，以速度v0=3.0×103m/s由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，求粒子到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速率。（不計(jì)粒子重力）Av0Bq為負(fù)解:根據(jù)動(dòng)能定理得:動(dòng)能定理：勻強(qiáng)或非勻強(qiáng)電場均適用-

【練習(xí)3】如圖示，一質(zhì)量為m，帶電量為+q的液滴自由下落，并從小孔進(jìn)入相距為d的兩帶電平行板，液滴下落的最大深度為d/2，極板電壓為U，液滴開始下落的高度h為：

A.qU／2mgB.（qU／2mg）-d/2C.（2mg／qU）-d/2D.（qU／mg）-d/2dh注意：兩點(diǎn)的電勢差問題【引申】U＋－AB想一想需要高能量的帶電粒子，怎么辦？電壓U越大，粒子的速度就越大。但電壓不可能很大，所以，就難以獲得足夠大的速度。U＋＋＋－－－ABCDEF想一想如圖多級平行板連接，能否加速粒子？怎么辦？存在減速過程，抵消了前面極板的所提供的能量，所以不能一直加速。多級直線加速器示意圖U~＋－+F+多級直線加速器示意圖U~+F+＋－多級直線加速器示意圖U~＋－+F+多級直線加速器示意圖U~+F+＋－多級直線加速器示意圖U~+F+＋－

可以通過不斷改變電壓方向使帶電粒子實(shí)現(xiàn)多級加速。需在平行板之間交流電源帶電粒子在電場中的直線運(yùn)動(dòng)（多級加速)U＋－＋－123456SEEEEE＋－－＋－＋~交流電為保證電子一直勻加速直線運(yùn)動(dòng)電子速度越來越大，穿過相鄰兩極板的時(shí)間越來越少，穿過極板內(nèi)部做勻速直線運(yùn)動(dòng)要求交流電的周期越來越短也即交流電的頻率越來越高如圖多級平行板連接，間隙等寬，能否給電子加速？思考：帶電粒子在電場中的直線運(yùn)動(dòng)（多級加速)UOu0-u0tT2TU~＋－如果使交流電的周期（頻率）不變，也就需要極板間的間距越來越大多級直線加速器示意圖U0u0-u0tT2T~U＋－金屬圓筒金屬圓筒的作用：由于金屬導(dǎo)體的靜電屏蔽作用，會(huì)使金屬圓筒內(nèi)部的電場強(qiáng)度等于0，電子在各個(gè)金屬圓筒內(nèi)部都不受靜電力的作用，它在圓筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)。極板極板的作用：電子在極板間加速多級直線加速器示意圖U0u0-u0tT2T~U＋－金屬圓筒極板

電子只有在極板之間被加速，射入金屬圓筒后，電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，每次運(yùn)動(dòng)到圓筒右側(cè)極板時(shí)，電壓方向反向，電子都會(huì)被再次被加速，以更大的速度進(jìn)入下一圓筒內(nèi)，繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動(dòng)；多次重復(fù)這一加速過程，電子最終獲得較大的速度?！嗉壷本€加速器因?yàn)榻蛔冸妷旱淖兓芷谙嗤?，粒子在每個(gè)加速電場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，分段加速后粒子速度逐漸增大，在圓筒中，不同階段的金屬圓筒長度不同。U0u0-u0tT2T金屬圓筒的長度是否有講究？【例2】如圖甲，某裝置由多個(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，圓筒的長度依照一定的規(guī)律依次增加。序號為奇數(shù)的圓筒和交變電源的一個(gè)極相連，序號為偶數(shù)的圓筒和該電源的另一個(gè)極相連。交變電源兩極間電勢差的變化規(guī)律如圖乙所示。在t＝0時(shí)，奇數(shù)圓筒相對偶數(shù)圓筒的電勢差為正值，此時(shí)位于和偶數(shù)圓筒相連的金屬圓板（序號為0）中央的一個(gè)電子，在圓板和圓筒1之間的電場中由靜止開始加速，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)間隙中都能恰好使靜電力的方向跟運(yùn)動(dòng)方向相同而不斷加速，圓筒長度的設(shè)計(jì)必須遵照一定的規(guī)律。若已知電子的質(zhì)量為m、電子電荷量為e、電壓的絕對值為u，周期為T，電子通過圓筒間隙的時(shí)間可以忽略不計(jì)。則金屬圓筒的長度和它的序號之間有什么定量關(guān)系？第n個(gè)金屬圓筒的長度應(yīng)該是多少？得第n個(gè)圓筒的長度為圓筒長度跟圓筒序的平方根成正比，第n

個(gè)圓筒的長度是解：設(shè)電子進(jìn)入第

n個(gè)圓筒后的速度為v，根據(jù)動(dòng)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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