高中物理带电粒子在电场中的运动 2人教版选修3-1.docVIP

带电粒子在电场中的运动 课前预备 一、小小信息窗 加速器 直线加速器　 我们知道电场可以对带电粒子加速，如果加速电压为u，带电粒子电量为q．带电粒子从静止可加速到能量 ，由于电压的限制，所以一次加速后粒子获得的能量较小，如何获得较大的能量呢？可采取多级加速的办法，经过几次加速后粒子的能量 ，所以直线加速器可使粒子获得足够大的能量．但它占地面积太大，能否既让带电粒子多次加速，获得较高能量，又尽可能减少占地面积呢？ 2回旋加速器 利用带电粒子在磁场中作圆周运动的特点，可使带电粒子回旋，为使粒子每经过两极板时都得到加速，极板间需接上一个交变电压，每加速粒子一次，带电粒子运动速率和运动半径都会增加，运动的周期会变化　 回旋加速器结构：D1、D2为同一水平面内半圆形中空铜盒(称D形盒).两盒间留有一定宽度的空隙，置于真空中，由高频振荡器产生的交变电压加于两D形盒间，这个电压将在两盒空隙间产生电场以加速带电粒子.由大型电磁铁产生的匀强磁场垂直于铜盒，由于静电屏蔽效应、盒内电场强度近似为零. 回旋加速器加速过程.初加速的离子由加速器中心的离子源进入两D形盒间的电场加速进入D盒中，在D形盒中做匀速圆周运动，其运动周期为确定值(与离子运动速率和半径无关).经过 后，离子由D形盒穿出，这时两D形盒间电场方向与前者相反，离子两次在两D形盒空隙中再次被加速获得新的能量……被加速的离子在D形盒内圆运动半径随速度(υ)增大而增大，最后当被加速离子趋于D形盒边缘时，通过特殊装置将其引出，即获得高能量离子. ， 若粒子的初速度不为零，则： ， 2.带电粒子的偏转（限于匀强电场） (1)运动状态分析：带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时，受到恒定的与初速度方向成90°角的电场力作用而做匀变速曲线运动. (2)偏转问题的分析处理方法，类似于平抛运动的分析处理，应用运动的合成和分解的知识方法：沿初速度方向为匀速直线运动，运动时间： t=l/v0 沿电场力方向为初速为零的匀加速直线运动： a=F/m=qE/m=qU/md 离开电场时的偏移量： 离开电场时的偏转角： 3.在对带电粒子进行受力分析时，要注意两点： （1）要掌握电场力的特点。如电场力的大小和方向与电场本身有关，还与带电粒子的电荷量和电性有关，在匀强电场中，同一带电粒子所受的电场力处处是恒力，在非匀强电场中，同一带电粒子在不同位置所受的电场力大小和方向都可能不同，等等。 带电粒子的加速（含偏转过程中速度大小的变化）过程是其它形式的能和动能之间的转化过程，解决这类问题，可以用动能定理，也可以用能量守恒定律。 带电粒子在匀强电场中类平抛的偏转问题：如果带电粒子以初速度V0垂直于场强方向进入匀强电场，不计重力，电场力使带电粒子产生加速度，做类平抛运动。分析时，仍采用力学中分析平抛运动的方法：把运动分解为垂直于电场方向上的一个分运动——匀速直线运动；另一个是平行于场强方向上的分运动——匀加速直线运动。 （2）是否考虑重力要依情况而定： 基本粒子：如电子、质子、 α粒子、离子等除有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力（但并不忽略质量）。 带电颗粒：如油滴、液滴、尘埃、小球等，除有说明或明确的暗示以外，一般都不能忽略重力。 课堂同步 1.下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后，速度最大的是（ ） A.质子(H) B.氘核(H) C.α粒子(He) D.钠离子(Na+) 2.让质子和氘核的混合物沿着与电场垂直的方向进入匀强电场，要使它们最后偏转角相同，这些粒子进入电场时必须具有相同的 （ ） A.初速度 B.动量 C.动能 D.质量 3. 如图1-61所示,电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动,然后射入电势差为U2的两块平行板间的电场中,入射方向跟极板平行,整个装置处于真空中,重力可忽略.在满足电子能射出平行板的条件下,下述四种情况中,一定能使电子的偏角φ变大的是 ( ) A.U1变大，U2变大 B.U1变小，U2变大 C.U1变大，U2变小 D.U1变小，U2变小 4.一电子以初速度V0沿垂直场强方向射入两平行金属板间的匀强电场中，现减小两板间的电压，则电子穿越两平行板所需的时间 （ ） A．随电压的减小而减小 B.随电压的减小而增大 C．与电压减小与否无关 D.随两板间距离的增大而减少 5.带电粒子经加速电场加速后垂直进入两平行金属板间的偏转电场，要使它离开偏转电场时偏转角增大，可采用的方法有 （ ） A.增加带电粒子的电荷量 B.增加带电粒子的质量 C.增高加速电压