10.5帶電粒子在電場中的運動第十章靜電場中的能量大型粒子對撞機新課引入0醫(yī)用直線加速器(IGRT)示波器新課引入0一、研究對象與受力特征1、研究對象微觀粒子：如電子、質(zhì)子、各類離子等……宏觀粒子：液滴、小球、小物塊、小環(huán)等……2、受力特征一般說來微觀粒子及題目中強調(diào)不計重力的不必考慮重力，宏觀粒子需要考慮重力。當(dāng)條件不明時，比較qE與mg大小，若qE>>mg，則不計重力。注意：不計重力，不是不要考慮質(zhì)量，求加速度要用a=F合/m。帶電粒子在電場中的加速1【情景】如圖,真空中一對金屬板間距為d,加上電壓U。若一個質(zhì)量為m,帶正電荷q的粒子,在靜電力的作用下由靜止開始運動從正極板向負極板運動?！締栴}】1.帶電粒子在兩極板間做什么運動？

2.如何求出到達另一極板的末速度v

？U(不計粒子的重力）解法一利用牛頓第二定律結(jié)合運動學(xué)知識求解解法二利用靜電力做功結(jié)合動能定理求解當(dāng)解決的問題屬于勻強電場且運動時間等運動過程的物理量，適合運用解法一;當(dāng)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，適合運用解法二。帶電粒子在電場中的加速1單級加速---電子槍低壓電源加熱燈絲產(chǎn)生熱電子高壓＋－高壓電源產(chǎn)生加速電場帶電粒子在電場中的加速1多級加速問題：如圖多級平行板連接，能否加速離子？U＋＋＋－－－ABCDEF帶電粒子在電場中的加速1多級直線加速器示意圖U0u0-u0tT2TU~＋－帶電粒子在電場中的加速1例3、如圖甲，某裝置由多個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極相連，序號為偶數(shù)的圓筒和該電源的另一個極相連。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，奇數(shù)圓筒相對偶數(shù)圓筒的電勢差為正值，此時位于和偶數(shù)圓筒相連的金屬圓板（序號為0）中央的一個電子，在圓板和圓筒1之間的電場中由靜止開始加速，沿中心軸線沖進圓筒1。為使電子運動到圓筒與圓筒之間各個間隙中都能恰好使靜電力的方向跟運動方向相同而不斷加速，圓筒長度的設(shè)計必須遵照一定的規(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間可以忽略不計。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個金屬圓筒的長度應(yīng)該是多少？帶電粒子在電場中的加速1解：設(shè)電子進入第

n個圓筒后的速度為v，根據(jù)動能定理有得第n個圓筒的長度為圓筒長度跟圓筒序的平方根成正比，第n

個圓筒的長度是帶電粒子在電場中的加速1【情景】如圖，水平放置一對金屬板Y和Y′,長度為L，相距為d，極板間的電壓為U。一電荷量為q質(zhì)量為m的電子，從兩板中央以水平速度v0射入?！締栴}】1.請你分析電子的運動？

2.求電子穿出電場時的側(cè)移量y與偏轉(zhuǎn)角的tanθ.dU+-v0LYY′-yx)θv0vv┴y完成探究表帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)2類平拋運動與粒子比荷成正比與粒子初速度v0的平方成反比與電場的屬性U、l、d有關(guān)帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)2與粒子比荷成正比與粒子初速度v0的平方成反比與電場的屬性U、l、d有關(guān)帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)21.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(zhuǎn)角：帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)2示波器示波器原理3示波管結(jié)構(gòu)：電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成（管內(nèi)抽成真空）示波器可以用來觀察電信號隨時間變化的情況。示波器的核心部件是示波管.產(chǎn)生高速飛行的電子束待顯示的電壓信號鋸齒形掃描電壓使電子沿Y方向偏移使電子沿x方向偏移示波器原理3要使圖像在水平方向展開，應(yīng)在XX′之間加怎樣的電壓？YY′X

′X亮斑在水平方向來回運動－－掃描.BCDEA一個小實驗的啟示tUxx′ABDCE示波器原理3YY′X′X

若在YY′之間加如圖信號電壓，同時在XX′之間加如圖掃描電壓，兩者周期相同，則在熒光屏上就會看到信號電壓的波形了。Uyy′Uxx′tO0t示波器原理3知識總結(jié)：方法總結(jié)：1.帶電粒子在電場中的加速運動。2.帶電粒子垂直進入勻強電場中的偏轉(zhuǎn)問題。3.示波管的原理1.理想化處理建立模型；2.類比、控制變量法等。示波器原理31．靜電火箭是利用電場加速工作介質(zhì)形成高速射流而產(chǎn)生推力的。工作過程簡化圖如圖所示，離子源發(fā)射的帶電離子經(jīng)過加速區(qū)加速，進入中和區(qū)與該區(qū)域里面的電子中和，最后形成中性高速射流噴射而產(chǎn)生推力。根據(jù)題目信息可知（）A．M板電勢低于N板電勢B．進入中和區(qū)的離子速度與離子帶電荷量無關(guān)C．增大加速區(qū)MN極板的距離，可以增大射流速度而獲得更大的推力D．增大MN極板間的電壓，可以增大射流速度而獲得更大的推力D課堂練習(xí)4第7題圖2．如圖所示，電子以某一初速度沿兩塊平行板的中線方向射入偏轉(zhuǎn)電場中，已知極板長度l，間距d，電子質(zhì)量m，電荷量e。若電子恰好從極板邊緣射出電場，由以上條件可以求出的是()A．偏轉(zhuǎn)電壓B．偏轉(zhuǎn)的角度C．射出電場速度D．電場中運動的時間B課堂練習(xí)