帶電粒子在電場中運(yùn)動（第一課時）年級：高二年級學(xué)科：物理（粵教版）主講人：

學(xué)校：中國散裂中子源（廣東

東莞）課堂引入中國散裂中子源（廣東

東莞）課堂引入研究帶電粒子在電場中運(yùn)動情境：“大國重器”散裂中子源裝置中，質(zhì)子被加速器加速后轟擊重金屬靶時，放出中子，同時會產(chǎn)生射線，醫(yī)學(xué)上也可用于放射治療。如圖是一臺醫(yī)用電子直線加速器。問題：電子或質(zhì)子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？一個質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)在水平桌面上受到水平恒力F的作用從靜止開始運(yùn)動，前進(jìn)距離為d,求其末速度v？1.復(fù)習(xí)討論：F注：微觀粒子的質(zhì)量很?。ㄈ?電子、質(zhì)子等），其重力遠(yuǎn)小于受到靜電力，故可忽略重力。研究帶電粒子在電場中運(yùn)動

研究帶電粒子在電場中運(yùn)動的方法動力學(xué)觀念牛頓運(yùn)動定律勻加速直線運(yùn)動規(guī)律適應(yīng)勻強(qiáng)電場，涉及運(yùn)動時間等描述運(yùn)動過程的物理量能量觀念靜電力做功動能定理①涉及位移、速率等動能定理公式中的物理量②也適用非勻強(qiáng)電場的情景規(guī)律適應(yīng)情境觀念帶電粒子在電場中加速

情境：如圖所示，在真空中安裝一對面積較大的平行金屬板，并在兩板間加上電壓U，兩板之間形成了一個勻強(qiáng)電場，在緊靠正極板中間處有一電量為q、質(zhì)量為m的帶正電粒子，重力不計。

【思考問題】（1）粒子在兩極板間將做什么運(yùn)動？（2）設(shè)兩板間的距離為d，則粒子在板間的加速度多大？（3）粒子從正極板運(yùn)動到負(fù)極板，電場力做了多少功？（4）粒子到達(dá)負(fù)極板時的速度大小v是多少？帶電粒子在電場中加速ABUdE+Fv受力分析僅受水平向右的電場力運(yùn)動分析初速度為零，向右勻加速直線運(yùn)動加速度ABUdE+Fv求電荷到達(dá)負(fù)極板時的速度？解法一運(yùn)用運(yùn)動學(xué)知識求解解法二運(yùn)用動能定理知識求解初速度不為零呢？帶電粒子在電場中加速

【討論與交流】

（1）如果兩極板不平行，則中間的電場不再是勻強(qiáng)電場，帶電粒子仍由靜止開始從正極板處運(yùn)動到負(fù)極板，帶電粒子末速度的大小仍為

嗎？為什么？

（2）如果帶電粒子改從電場的中央由靜止開始釋放，到達(dá)負(fù)極板時末速度的大小仍為

嗎？為什么？帶電粒子在電場中加速練習(xí)1、如圖所示，P和Q為兩平行金屬板，板間有恒定的電壓，在P板附近有一電子(不計重力)由靜止開始向Q板運(yùn)動，下列說法正確的是A．電子到達(dá)Q板時的速率，與加速電壓無關(guān)，僅與兩板間距離有關(guān)B．電子到達(dá)Q板時的速率，與兩板間距離無關(guān)，僅與板間電壓有關(guān)C．兩板間距離越小，電子的加速度就越小D．兩板間距離越大，加速時間越短帶電粒子在電場中加速

帶電粒子在電場中加速多級直線加速器想一想：如何使帶電粒子獲得較高的能量?方案一：利用高電壓的電場來加速帶電粒子。弊端：加速電壓難以提高至理想水平，如果只加速一次，帶電粒子的動能難以達(dá)到實(shí)際的需要。多級直線加速器想一想：如何使帶電粒子獲得較高的能量?方案一：利用高電壓的電場來加速帶電粒子。方案二：利用多級電場來加速帶電粒子。

多級直線加速器多級直線加速器的應(yīng)用1.在工業(yè)上，利用加速器產(chǎn)生的粒子束（射線）來改良材料的機(jī)械、耐溫或絕緣等各方面的性能；2.在醫(yī)療上，利用加速器產(chǎn)生的粒子束來治療某些癌癥；3.在科研上，北京正負(fù)電子對撞機(jī)和國家散裂中子源（廣東東莞）可使粒子獲得巨大的能量，用于粒子物理實(shí)驗(yàn)及研究等；多級直線加速器的應(yīng)用

如圖2-2-10所示是直線加速器的一部分，A、B接在電壓大小為U、極性隨時間t周期性變化的電源

上

。一質(zhì)量為m、電量為e的電子，以初速度v0進(jìn)入第3

個金屬圓筒左側(cè)的小孔，此后在每個筒內(nèi)均做勻速直線

運(yùn)動，時間恰好都為t,在每兩筒的縫隙間利用電場加速，時間不計。試計算確定3個筒各自的長度以及電子從第5個金屬圓筒出來時的速度.圖2-2-10課堂小結(jié)ABUdE+Fv0加速

多級加速物理觀念：課堂小結(jié)科學(xué)思維：動力學(xué)觀點(diǎn)牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)規(guī)律勻強(qiáng)電場，涉及運(yùn)動參量時。能量