帶電粒子在電場中運動（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)點在水平桌面上受到水平恒力F的作用從靜止開始運動，前進距離為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），其重力遠小于受到靜電力，故可忽略重力。研究帶電粒子在電場中運動

研究帶電粒子在電場中運動的方法動力學(xué)觀念牛頓運動定律勻加速直線運動規(guī)律適應(yīng)勻強電場，涉及運動時間等描述運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）粒子從正極板運動到負極板，電場力做了多少功？（4）粒子到達負極板時的速度大小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動分析初速度為零，向右勻加速直線運動加速度ABUdE+Fv求電荷到達負極板時的速度？解法一運用運動學(xué)知識求解解法二運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電場，帶電粒子仍由靜止開始從正極板處運動到負極板，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，到達負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板運動，下列說法正確的是A．電子到達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到實際的需要。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，北京正負電子對撞機和國家散裂中子源（廣東東莞）可使粒子獲得巨大的能量，用于粒子物理實驗及研究等；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)觀點牛頓運動定律和運動學(xué)規(guī)律勻強電場，涉及運動參量時。能量