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(共41張PPT)
第一章 靜電場
1.9帶電粒子在電場中的運動
教科版（2019）高中物理必修第三冊
目 錄
1
2
3
4
新課導入
學習目標
新課講解
經典例題
5
課堂練習
6
課堂小結
現代醫學中，常使用醫用粒子直線加速器產生的高速粒子轟擊癌細胞，以治療癌癥，其工作原理有兩種：
思考：電子在加速器中是受到什么力而加速的？
（2）“電子束放射療法”：用被加速的電子轟擊重金屬靶，產生放射線用于醫學治療。
（1）“質子放射療法”：先將質子加速到具有較高的能量，再使其攻擊腫瘤，殺死癌細胞。
學習目標
1. 通過觀察光的偏振現象，知道光是橫波。
2. 知道偏振光和自然光的區別，能運用偏振知識解釋生活中的一些常見光學現象。
3. 了解激光的特性，能舉例說明激光技術在生產生活中的應用。
一、帶電粒子的加速
問題1：
物體在重力場中僅受重力作用時可能做哪些運動？
自由落體運動
豎直上拋運動
豎直下拋運動
平拋運動
斜拋運動
問題2：帶電粒子在勻強電場中僅受電場力作用時可能做哪些運動？
勻加速直線運動
類平拋運動
類斜拋運動
勻減速直線運動
要考慮重力嗎？
F
F
F
F
v
-
+
E
v
-
+
E
勻減速
勻加速
勻減速
勻加速
如何使帶電粒子在電場中加速而不改變它的運動方向呢？
U
+q
m
+
_
d
在真空中有一對平行金屬板，由于接到電池組上帶電，兩板間的電勢差為U，板間距離為d,若一個質量為m、帶正電荷為q的粒
子，靜止放在左極板附近，將會怎樣呢？
F電
U
+q
m
+
_
d
v
1.受力分析：水平向右的電場力。
2.運動分析：初速度為零，向右的勻
加速直線運動。
F電＝ Eq = qU/d
解法一：力和運動的關系
U
+q
m
+
_
d
F電
v
U
+q
m
+
_
d
F電
v
解法二：動能定理
哪種解法更好呢？
結論：1.解法一只適用于勻強電場。
2.解法二適用于一切電場。
3.若帶電粒子的m,q不變，則在電場中
加速得到的速度只與加速電壓有關系。
與板間距離d沒有關系。
二、帶電粒子在勻強電場中的偏轉
+
-
d
F
M
Ⅰ
Ⅲ
Ⅱ
加速電場
偏轉電場
無電場
+
+
-
-
勻加速直線運動
類平拋運動
勻速直線運動
+
-
d
F
M
Ⅰ.加速電場
+
+
-
-
勻加速直線運動
分析：電子從陰極運到到陽極的過程中，由動能定理得：
+
-
d
F
M
Ⅱ.偏轉電場
+
+
-
-
類平拋運動
分析：電子在偏轉電場做類平拋運動
水平方向
豎直方向
N
P
速度偏向角正切值
位移偏向角正切值
速度偏向角正切值是位移偏向角正切值的2倍.
直角ΔMNP中
P點瞬時速度的反向延長線通過此時水平位移的中點.
+
-
d
F
M
+
+
-
-
N
P
Ⅲ.無電場
勻速直線運動
Q
O
O'
分析：電子飛離電場做勻速直線運動
水平方向
豎直方向
H
+
-
d
F
M
+
+
-
-
N
P
Q
O
O'
分析：側移距離H
H
方法一：
方法二：
直角ΔMO'Q中
方法三：
ΔMNP∽ΔMO'Q 即
H=
多級加速問題
思考1：如圖多級平行板連接，間隙等寬，能否給電子加速？
U
＋
＋
＋
－
－
－
1
2
3
4
5
6
S
E
E
E
E
E
思考2：如圖多級平行板連接，間隙等寬，怎樣能給電子加速？
U
＋
－
＋
－
1
2
3
4
5
6
S
E
E
E
E
E
＋
－
－
＋
－
＋
交流電
內部場強為0
多級加速問題
（1）依次穿過極板間隙的速度一樣嗎？
（2）穿過極板內部做何運動？
（3）普通交流電的頻率是變化的還是不變的？
不變
若穿過極板間隙的時間可忽略，上圖裝置如何改進？
勻速直線
越來越大
依次穿過極板內部的時間一樣嗎？
越來越少
要求穿過極板的時間
相等
多級直線加速器示意圖
U
O
u0
-u0
t
T
2T
U
~
＋
－
思考：若穿過極板間隙的時間可忽略，則穿過每個極板內部的時間為多少？
三、示波器原理
示波器：用來觀察電信號隨時間變化的電子儀器
其核心部分是示波管
加速電壓
電子槍
偏轉電極
亮斑
熒光屏
電子槍
產生高速飛行的電子束
加速電壓
兩端加待顯示的電壓信號，使電子沿Y方向偏移
鋸齒形掃描電壓，使電子沿X方向偏移
亮斑
Y
Y＇
X
X＇
+
-
+
-
偏轉電極的不同放置方式
若金屬平行板水平放置，
電子將在豎直方向發生偏轉
若金屬平行板豎直放置，
電子將在水平方向發生偏轉
-
v0
-
v0
示波管
加速電壓
電子槍
偏轉電極
熒光屏
亮斑
加速電壓
電子槍
偏轉電極
熒光屏
亮斑
示波管
加速電壓
電子槍
偏轉電極
熒光屏
亮斑
示波管
加速電壓
電子槍
偏轉電極
熒光屏
亮斑
示波管
加速電壓
電子槍
偏轉電極
熒光屏
鋸齒形掃描電壓
亮線
示波管
亮線
如果YY 上接的待測信號電壓是周期性的，且周期與掃描電壓周期相同，
則熒光屏上會顯示待測信號在一個周期內變化的穩定圖像
鋸齒形掃描電壓
亮線
示波管
典例分析
E
例1. 帶電粒子由靜止釋放在電場中運動距離x后的速度為多少？
有哪幾種求解方法？
方法1：動力學
由牛頓第二定律：
由運動學公式：
若初速度不為零呢？
方法2：動能定理
由動能定理：
A
+
B
m,q
x
F
U,d
+
﹣
典例分析
例1. 帶電粒子由靜止釋放在電場中運動距離d后的速度為多少？
有哪幾種求解方法？
方法1：動力學
方法2：動能定理
E
A
+
B
m,q
x
U
拓展1：若初速度v0方向與電場方向相反，則電荷沿初速度
方向能運動多遠？
拓展2：若電場為非勻強電場（如右圖），則應如何求速度？
方法1：動力學
方法2：動能定理
方法2：動能定理
v0
F
典例分析
與q成正比
與成正比
例2. 下列粒子由靜止經加速電壓為U的電場加速后，哪種粒子動能最大( )？
哪種粒子速度最大( )？（其中me = 0.91×10-30kg；mH = 1.67×10-27kg）
A. 質子 B. 電子 C. 氘核 D. 氦核
D
B
典例分析
例3. 如圖所示，M、N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質量為m、電量為+q的帶電粒子，以極小的初速度由小孔進入電場，當M、N間電壓為U時，粒子到達N板的速度為v，如果要使這個帶電粒子到達N板的速度為2v ，則下述方法能滿足要求的是( )
A. 使M、N間電壓增加為2U
B. 使M、N間電壓增加為4U
C. 使M、N間電壓不變，距離減半
D. 使M、N間電壓不變，距離加倍
B
M
N
U
d
+
例4. 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，圓筒長度的設計必須遵照一定的規律。若已知電子的質量為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系？第n個金屬圓筒的長度應該是多少？
思考：電子筒內加速還是間隙加速？
間隙
解：設電子進入第n個圓筒后的速度為v，
根據動能定理有：
∴
第n個圓筒的長度為：
圓筒長度跟圓筒序號的平方根成正比，
第n個圓筒的長度是：
典例分析
例5. 三個α粒子由同一點沿同一方向飛入偏轉電場，出現了如圖所示的軌跡，由此
可以判斷：
A．在b飛離電場的同時，a剛好打在負極板上
B．b和c同時飛離電場
C．進電場時c的速度最大，a的速度最小
D．動能的增加值c最小，a和b一樣大
√
×
√
√
典例分析
例6. 如圖所示的示波管，如果在YY 之間加如圖所示的交變電壓，同時在XX 之間加如圖所示的鋸齒形電壓，使X的電勢比X 高，在熒光屏上會看到什么圖形？
課堂練習
1. 真空中有一半徑為r0的帶電金屬球，以球心O為坐標原點沿某一半徑方向建立x軸，x軸上各點的電勢φ隨x的分布如圖所示，其中x1、x2、x3分別是x軸上A、B、C三點的位置坐標。根據φ-x圖像，下列說法正確的是(　　)
A. 該金屬球帶負電
B. 電荷量為q的負電荷在B點的電勢能比在C點的電勢能低|q(φ2-φ3)|
C. A點的電場強度大于C點的電場強度
D. B點的電場強度大小為
B
思考：電勢降低方向一定是電場方向嗎？
課堂練習
2. 電荷量不等的兩點電荷固定在x軸上坐標為-3L和3L兩點處，其中坐標為-3L處的點電荷所帶電荷量的絕對值為Q，兩點電荷連線上各點的電勢φ隨x變化的關系如圖所示，其中x=L處電勢最低，x軸上M、N兩點坐標分別為-2L和2L，則下列判斷正確的是
(　　)
A. 兩點電荷一定為異種電荷
B. 負試探電荷由M點運動到N點的過程，電勢能先減小后增大
C. 正試探電荷在原點O處受到向左的電場力
D. 原點O處場強大小為
D
課堂練習
3. (多選)一帶正電的粒子只在電場力作用下沿x軸正方向運動，其電勢能隨位移x變化的關系如圖所示，其中0~x1段是曲線，x1~x2段是平行于x軸的直線，x2~x3段是傾斜直線，則下列說法正確的是 ( 　　)
A. 0~x1段電勢逐漸升高
B. x2~x3段電勢沿x軸均勻減小
C. x1~x2段電場強度為零
D. 0~x1段粒子做加速度逐漸減小的加速運動
ABC
課堂練習
4. 靜電場方向平行于x軸，將一電荷量為-q的帶電粒子在x=d處由靜止釋放，粒子只在電場力作用下沿x軸運動，其電勢能Ep隨x的變化關系如圖所示。若規定x軸正方向為電場強度E、加速度a的正方向，四幅示意圖分別表示電勢φ隨x的分布、場強E隨x的分布、粒子的加速度a隨x變化的關系和粒子的動能Ek隨x變化的關系，其中正確的是
(　　)
D
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