電子被加速器加速后轟擊重金屬靶時(shí)，會(huì)產(chǎn)生射線，可用于放射治療。
在原子物理、核物理等領(lǐng)域，帶電粒子被加速成高能粒子，轟擊原子、原子核，幫助人類認(rèn)識(shí)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)。
電子在加速器中是受到什么力作用而加速的呢?
觀察發(fā)現(xiàn)，電子束的運(yùn)動(dòng)軌跡是 線，運(yùn)動(dòng)軌跡和電子所受電場(chǎng)力的方向 （填“垂直”或“平行”）。
在真空中有一對(duì)平行金屬板，在兩板間加上電壓U，兩板間便產(chǎn)生一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)E。設(shè)一個(gè)電荷量為q的帶正電粒子，在電場(chǎng)力F的作用下，由靜止開始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng)，那么，它到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度是多大？
方法一：動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)： 主要用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律
方法二：能量觀點(diǎn)： ——利用動(dòng)能定理
總結(jié)：粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān)。
思考：若兩極板間不是勻強(qiáng)電場(chǎng)，該用何種方法求解？
若粒子的初速度為零,則:
若粒子的初速度不為零,則:
問(wèn)題：如圖多級(jí)平行板連接，能否加速粒子？
因交變電壓的變化周期相同，故粒子在每個(gè)加速電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等。
某電子加速器的兩個(gè)極板，兩極板上各有一個(gè)小孔，彼此正對(duì)。如果在正極板左側(cè)分布質(zhì)量為1×10-30 kg，帶電荷量為2×10-19 C的粒子，其中有一部分能以很小的速度（計(jì)算時(shí)可忽略）從左孔進(jìn)入電場(chǎng)，當(dāng)極板間電壓為4 000 V時(shí)，粒子被加速后從右孔射出時(shí)速度是多少？如果電壓增加到100 000 V，粒子射出時(shí)速度又是多少？
帶電粒子由正極板運(yùn)動(dòng)到負(fù)極板，極板間電勢(shì)差為U，因此電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子做的功為qU，帶電粒子動(dòng)能增加，電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，根據(jù)動(dòng)能定理可以計(jì)算出射出時(shí)速度v。
帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)
若帶電粒子進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度方向與所受電場(chǎng)力的方向不平行，它就會(huì)受到側(cè)向的作用力，帶電粒子就會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。下面來(lái)研究一種特殊情況——帶電粒子的初速度方向與電場(chǎng)方向垂直的情況
在真空中水平放置一對(duì)金屬板，板間距離為d。接上電壓為U的電源后，在板間就形成了勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為
偏移距離（側(cè)移距離或側(cè)移量）
如圖，粒子以初速度v0射入電場(chǎng)，求射出電場(chǎng)時(shí)沿垂直于板面方向偏移的距離y和速度偏轉(zhuǎn)的角度θ。
1.初速度相同的帶電粒子，無(wú)論m、q是否相同，只要q/m相同，則偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角度θ都相同。(即軌跡重合)
當(dāng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的U、L、d一定：
2.初動(dòng)能相同的帶電粒子，只要q相同，無(wú)論 m 是否相同，則偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角度θ都相同。 (即軌跡重合)
為什么示波器可以把我們?nèi)庋劭床灰?jiàn)的電信號(hào)能轉(zhuǎn)換成圖像？
示波管結(jié)構(gòu)是由電子槍、豎直偏轉(zhuǎn)電極、水平偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏等部分組成，它們均被封閉在真空的玻璃管內(nèi)。從陰極熾熱金屬絲發(fā)射出來(lái)的電子被加速，并從陽(yáng)極板中心的孔穿出，沿直線前進(jìn)最后打在熒光屏中心，在那里產(chǎn)生一個(gè)亮點(diǎn)。
電子槍前面的一對(duì)水平放置的偏轉(zhuǎn)電極Y、Y′稱為豎直偏轉(zhuǎn)電極。在Y、Y′上加電壓，如果使Y′板的電勢(shì)高于Y板，電子槍發(fā)射的電子就要向Y′板偏轉(zhuǎn)，熒光屏上的亮點(diǎn)位于屏中心的下方。
當(dāng)Y、Y′上加的是周期性變化的電壓，X、X′之間不加電壓，顯示 一條豎直的亮斑。若在X、X′這一對(duì)豎直放置的水平偏轉(zhuǎn)電極上加一個(gè)掃描電壓，使電子又發(fā)生水平偏轉(zhuǎn)，這樣就能將原來(lái)的豎直亮線展開成電壓隨時(shí)間變化的函數(shù)圖形。

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中職物理高教版（2021）電工電子類電子課本

第五節(jié) 帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

版本： 高教版（2021）

年級(jí)： 電工電子類

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