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1、 电子电子被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于放射放射治疗治疗。在原子物理、核物理等领域，带电粒子被加速成在原子物理、核物理等领域，带电粒子被加速成高能粒子高能粒子，轰击原子、原子核，帮助人类轰击原子、原子核，帮助人类认识物质微观结构认识物质微观结构。新课导入新课导入那么怎样才能得到那么怎样才能得到高能量（高速度）高能量（高速度）的粒子了的粒子了？10.510.5带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动第十章第十章 静电场中的能量静电场中的能量解析：解析：【例题【例题1 1】如图所示，真空中平行金属板如图所示，真空中平行金属板A
2、A、B B之间的距离为之间的距离为d d，有一个质量，有一个质量为为m m电荷量为电荷量为q q的正离子位于的正离子位于A A板旁，给两金属板加直流电压板旁，给两金属板加直流电压U U，把两板间的，把两板间的电场看做匀强电场。求：该粒子从电场看做匀强电场。求：该粒子从A A板由静止开始运动到达板由静止开始运动到达B B板时的速度板时的速度v vB B。法一法一:利用运动和力的观念利用运动和力的观念法二法二:利用功和能的观念利用功和能的观念=B2=2=12 B2电压电压U U越大，粒子越大，粒子的速度就越大。但的速度就越大。但电压不可能很大，电压不可能很大，所以，就难以获得所以，就难以获得足够大
3、的速度。足够大的速度。问题：如图多个平行板连接，能否加速粒子？问题：如图多个平行板连接，能否加速粒子？UABCDEF提出新问提出新问题题怎怎么么办办？需在平行板之间需在平行板之间交流交流电源电源多多级级直直线线加加速速器器示示意意图图U因带电粒子因带电粒子要在每个电场要在每个电场中都做中都做加速加速，故粒子在每，故粒子在每个电场中的个电场中的运动时间需跟运动时间需跟交变电流周期同步交变电流周期同步。U0u0-u0tT2Tt多级直线加速器多级直线加速器多级直线加速器多级直线加速器金属圆筒的长度是否有讲究？金属圆筒的长度是否有讲究？【例题【例题2 2】如图如图此时位于和偶数圆筒相连的金属圆板（序号
4、为此时位于和偶数圆筒相连的金属圆板（序号为0 0）中央的一个电子，在圆）中央的一个电子，在圆板和圆筒板和圆筒1 1之间的电场中由静止开始加速，沿中心轴线冲进圆筒之间的电场中由静止开始加速，沿中心轴线冲进圆筒1 1。为使电子运动到圆筒。为使电子运动到圆筒与圆筒之间各个间隙中都能恰好使静电力的方向跟运动方向相同而不断加速，圆筒长度与圆筒之间各个间隙中都能恰好使静电力的方向跟运动方向相同而不断加速，圆筒长度的设计必须遵照一定的规律。若已知电子的质量为的设计必须遵照一定的规律。若已知电子的质量为m m、电子电荷量为、电子电荷量为e e、电压的绝对值为、电压的绝对值为u u，周期为，周期为T T，电子通
5、过圆筒间隙的时间可以忽略不计。则金属圆筒的长度和它的序号之，电子通过圆筒间隙的时间可以忽略不计。则金属圆筒的长度和它的序号之间有什么定量关系？第间有什么定量关系？第n n个金属圆筒的长度应该是多少？个金属圆筒的长度应该是多少？分析：分析：由于由于金属导体的静电屏蔽作用金属导体的静电屏蔽作用，会使金，会使金属圆筒内部的电场强度等于属圆筒内部的电场强度等于0 0，电子在各电子在各个金属圆筒内部都不受静电力的作用个金属圆筒内部都不受静电力的作用，故它故它在圆筒内的运动是匀速直线运动，在圆筒内的运动是匀速直线运动，在在板间板间做匀加速直线运动。做匀加速直线运动。又因为粒子加速与极板间的距离又因为粒子加
6、速与极板间的距离无关无关，所以所以板间距离可以板间距离可以很小很小，电子通过圆筒电子通过圆筒间隙的时间可以间隙的时间可以忽略不计忽略不计。U0u0-u0tT2Tt思考：请问粒子在圆筒中运动时思考：请问粒子在圆筒中运动时间与交流电周期的关系？间与交流电周期的关系？u0u0-u0tT2Tt故粒子进入第故粒子进入第n n个筒后的速度为个筒后的速度为v v，根据，根据动能定理：动能定理：思考：能否让粒子在电场中走出一条思考：能否让粒子在电场中走出一条我们想看到的去曲线了？我们想看到的去曲线了？二、带电粒子在电场中二、带电粒子在电场中的偏转的偏转如果带电粒子以初速度如果带电粒子以初速度v0垂直垂直进入匀
7、强电场中，进入匀强电场中，该粒子将做什么运动？该粒子将做什么运动？在在在在垂直于电场线方向垂直于电场线方向垂直于电场线方向垂直于电场线方向上不受任何上不受任何上不受任何上不受任何力，做力，做力，做力，做匀速直线运动匀速直线运动匀速直线运动匀速直线运动。在在在在平行于电场线方向平行于电场线方向平行于电场线方向平行于电场线方向，受到静电，受到静电，受到静电，受到静电力力力力,做做做做初速度为初速度为初速度为初速度为0 0 0 0的匀加速直线运动。的匀加速直线运动。的匀加速直线运动。的匀加速直线运动。带电粒子做带电粒子做类平抛运动类平抛运动垂直垂直电场方向：匀速直线运动电场方向：匀速直线运动沿电沿电
8、场方向：初速度为零的匀加速直线运动场方向：初速度为零的匀加速直线运动v0q、mLd-+U+vv0yav0q、mLd-+U+v0ya(1)(1)沿初速度方向：沿初速度方向：(2)(2)垂直于初速度方向：垂直于初速度方向：（1 1）偏转距离：）偏转距离：（2 2）偏转角度：）偏转角度：a速度的反向延长交于水平位移的中点速度的反向延长交于水平位移的中点【练练习习3 3】（多多选选）（20222022福福建建宁宁德德高高二二期期末末）一一电电子子（电电荷荷量量大大小小为为e e，质质量量为为m m）由由静静止止释释放放，经经U U1 1的的加加速速电电压压加加速速后后，沿沿平平行行于于板板面面方方向向
9、进进入入匀匀强强电电场场。如如图图所所示示，两两板板相相距距为为d d，板板长长为为l l，极极板板间间的的电电压压为为U U2 2。电电子子射射出出偏偏转转电电场场时时速速度偏转角为度偏转角为，偏移的距离为，偏移的距离为y y。则下列选项正确的是（）。则下列选项正确的是（）A A偏转电场中电场线竖直向上偏转电场中电场线竖直向上B B加速电场中左极板电势较低加速电场中左极板电势较低C C D DBCY荧荧光光屏屏光斑光斑X求打在光屏上的距离求打在光屏上的距离Y Y？【练练习习4 4】如如图图，一一带带正正电电荷荷的的粒粒子子以以竖竖直直向向上上的的速速度度v v从从P P点点进进入入水水平平向
10、向右右的的匀匀强强电电场场中中，已已知知粒粒子子所所受受重重力力与与其其所所受受的的电电场场力力大大小小相相等等。与在与在P P点相比，粒子运动到最高点时（点相比，粒子运动到最高点时（）A A电势能增加，动能不变电势能增加，动能不变B B电势能减小，动能不变电势能减小，动能不变C C重力势能增加，动能减小重力势能增加，动能减小D D重力势能增加，动能增加重力势能增加，动能增加B加速电压 电子枪偏转电极亮斑亮斑荧光屏+电子枪电子枪产生电子束产生电子束+加速电压加速电压 示波管的构造示波管的构造三、示波管的原理三、示波管的原理思考与讨论思考与讨论1 1：如果在电极如果在电极 XX XX 之间之间不
11、加电压不加电压，而在，而在 YY YY 之之间也间也不不加加电压电压，电子将打在荧光屏的什么位置？，电子将打在荧光屏的什么位置？-+XXXXY YYYY Y电电子子子子枪枪偏偏偏偏转电转电极极极极荧荧光屏光屏光屏光屏思考与讨论思考与讨论2 2：如果在电极如果在电极 XX XX 之间之间不加电压不加电压，而在，而在 YY YY 之之间间加不变电压，加不变电压，使使Y Y 的电势比的电势比 Y Y 高，电子将打在荧光屏的什高，电子将打在荧光屏的什么位置？么位置？-+XXXXY YYYY Y电电子子子子枪枪偏偏偏偏转电转电极极极极荧荧光屏光屏光屏光屏思考与讨论思考与讨论3 3：如果在电极如果在电极
12、XX XX 之间之间不加电压不加电压，而在，而在 YY YY 之间之间加不变电压加不变电压，使，使 Y Y 的电势比的电势比Y Y 高高，电子将打在荧光屏，电子将打在荧光屏的什么位置？的什么位置？-+XXXXY YYYY Y电电子子子子枪枪偏偏偏偏转电转电极极极极荧荧光屏光屏光屏光屏思考与讨论思考与讨论思考与讨论4 4：如果在如果在 XX XX 之间之间不加电压不加电压，而在，而在 YY YY 之间加之间加按图示的规律变化的电压，按图示的规律变化的电压，在荧光屏会看到的什么样的图形？在荧光屏会看到的什么样的图形？XXY YYUYtOY 随信号电压同步随信号电压同步变化，但由于视觉变化，但由于视
13、觉暂留和荧光物质的暂留和荧光物质的残光特性，只能看残光特性，只能看到到一条竖直的亮线一条竖直的亮线。-+XXXXY YYYY Y电电子子子子枪枪偏偏偏偏转电转电极极极极荧荧光屏光屏光屏光屏思考与讨论思考与讨论5 5：如果在电极如果在电极 YY YY 之间之间不加电压不加电压，而在，而在 XX XX 之之间加间加不变电压不变电压，使，使 X X 的电势比的电势比 X X 高高，电子将打在荧光屏的什，电子将打在荧光屏的什么位置？么位置？-+XXXXY YYYY Y电电子子子子枪枪偏偏偏偏转电转电极极极极荧荧光屏光屏光屏光屏思考与讨论思考与讨论6 6：如果在电极如果在电极 YY YY 之间之间不加电
14、压不加电压，而在，而在 XX XX 之之间加间加不变电压不变电压，使，使 X X 的电势比的电势比 X X 高高，电子将打在荧光屏的，电子将打在荧光屏的什么位置？什么位置？UXt扫描电压扫描电压扫描电压扫描电压总结总结：若若 XX XX 所加的电压为特定的周期性变化电压，则亮斑在所加的电压为特定的周期性变化电压，则亮斑在水平方向来回运动一一扫描，如果水平方向来回运动一一扫描，如果扫描电压变化很快扫描电压变化很快，亮斑看起，亮斑看起来为一条来为一条水平的亮线水平的亮线。示波器图象示波器图象示波器图象示波器图象OXXY YY思考与讨论思考与讨论6 6：如果在如果在 YY YY 之间加如图所示的之间
15、加如图所示的交变交变电压电压，同，同时在时在 XX XX 之间加之间加锯齿形扫描电压锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么，在荧光屏上会看到什么图形？图形？ABCDFABCt1DEFt2XXY YYtOUYUXOtABCDEEFt2t1t2t1 如果信号电压是如果信号电压是周期性周期性的，并且扫描的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象。变化的稳定图象。示示波波器器图图象象tOUYUXOtXXY YY【练练习习4 4】（20222022湖湖北北襄襄阳阳五五中中模模拟拟预预测测）图图甲甲为为示示波波管管的的原原理理图图。电电子子枪枪源源源源不不断断发发射射的的电电子子经经前前面面的的加加速速电电压压加加速速之之后后已已经经获获得得了了极极大大的的速速度度，如如果果在在电电极极 之之间间所所加加的的电电压压按按图图乙乙所所示示的的规规律律变变化化，在在电电极极 之之间间所所加加的的电压按图丙所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形可能为（）电压按图丙所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形可能为（）A A B BC C D DB