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(共21张PPT)
中物理
第5节 带电粒子在电场中的运动
1、匀变速直线运动的规律
速度公式：
位移公式：
速度－位移公式：
复习回顾
电子被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于放射治疗。
课堂引入
原子物理、核物理等领域，带电粒子被加速成高能粒子，轰击原子、原子核，帮助人类认识物质微观结构。
3.某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定。
1.带电的基本粒子（微观）：如电子、质子、α粒子、正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但不能忽略质量）。
2.带电微粒（宏观）：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。
一、带电粒子的分类
A
B
U
d
+
F
v
【问题提出】如图，一个质量为m、带正电荷q的粒子，只在静电力的作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动。试计算粒子到达负极板时的速度？
二、带电粒子在电场中的加速
方法一：动力学观点：
主要用牛顿运动定律和匀变速直线运动的规律
方法二：能量观点：
——利用动能定理
二、带电粒子在电场中的加速
A
B
U
d
E
+
F
v
总结：粒子加速后的速度只与加速电压有关。
若两极板间不是匀强电场，该用何种方法求解？
思考
：
若粒子的初速度为零,则:
若粒子的初速度不为零,则:
二、带电粒子在电场中的加速
能量观点：动能定理
方法：分析带电粒子加速的问题，常有两种思路∶
一种是利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式分析;
另一种是利用静电力做功结合动能定理分析。
选择：当解决的问题属于匀强电场且涉及运动时间等描述运动过程的物理量时，适合运用前一种思路分析;当问题只涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量或非匀强电场情景时，适合运用后一种思路分析。
二、带电粒子在电场中的加速
问题：如图多级平行板连接，能否加速粒子？
U
＋
＋
＋
－
－
－
A
B
C
D
E
F
三、多级加速器原理
多级直线加速器示图
U
~
＋
－
+
F
+
0
1
2
3
4
三、多级加速器原理
多级直线加速器示图
U
~
+
F
+
＋
－
0
1
2
3
4
三、多级加速器原理
多级直线加速器示图
U
~
＋
－
+
F
+
0
1
2
3
4
三、多级加速器原理
多级直线加速器示图
U
~
+
F
+
＋
－
0
1
2
3
4
三、多级加速器原理
多级直线加速器示图
U
~
+
F
+
＋
－
可以通过不断改变电压方向使带电粒子实现多级加速。
0
1
2
3
4
三、多级加速器原理
多级直线加速器示意图
U
0
u0
-u0
t
T
2T
U
~
＋
－
因交变电压的变化周期相同，故粒子在每个加速电场中的运动时间相等。
三、多级加速器原理
多级直线加速器示图
可以通过改变电压方向使带电粒子（不计重力）实现多级加速。
对加速器
设计的思考
2.如果我们不改变极板之间的距离
就需要不断缩短电压方向变化的
时间间隔。
U
U
-U
t
o
1.如果电压方向变化时间相等，
我们就需要加长极板之间距离。
U
~
0
1
2
3
4
三、多级加速器原理
【例题】如图甲，某装置由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列，其中心轴线在同一直线上，圆筒的长度依照一定的规律依次增加。序号为奇数的圆筒和交变电源的一个极相连，序号为偶数的圆筒和该电源的另一个极相连。交变电源两极间电势差的变化规律如图 乙所示。在 t＝0 时，奇数圆筒相对偶数圆筒的电势差为正值，此时位于和偶数圆筒相连的金属圆板（序号为0）中央的一个电子，在圆板和圆筒 1 之间的电场中由静止开始加速，沿中心轴线冲进圆筒 1，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，圆筒长度的设计必须遵照一定的规律。若已知电子的质量为m，电子电荷量为 e，电压的绝对值为 u，周期为 T，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n 个金属圆筒的长度应该是多少？
三、多级加速器原理
三、多级加速器原理
1.加速带点粒子的作用
2.粒子分类
（1）不考虑重力：如电子、质子、α粒子、正负离子等。
（2）考虑重力：如带电小球、液滴、尘埃等
3.加速粒子处理方法
（1）牛顿第二定律结合匀变速直线运动规律
（2）动能定理
4.多级加速原理
四、课堂小结

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