江蘇省淮安市漣水中學(xué)高中物理 1.9 帶電粒子在電場中的運(yùn)動課件 新人教版選修31.ppt

9 帶電粒子在電場中的運(yùn)動 一 帶電粒子的加速1 受力分析 仍按力學(xué)中受力分析的方法分析 只是多了 個電場力而已 如果帶電粒子在勻強(qiáng)電場中 則電場力為恒力 qe 若在非勻強(qiáng)電場中 電場力為變力 2 運(yùn)動狀態(tài)分析帶電粒子沿與電場線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場 受到的電場力與運(yùn)動方向在同一直線上 做勻加 減 速直線運(yùn)動 4 用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式分析帶電粒子平行于電場線進(jìn)入勻強(qiáng)電場 則帶電粒子做勻變速直線運(yùn)動 可由電場力求該加速度進(jìn)而求出速度 位移或時間 二 帶電粒子的偏轉(zhuǎn)1 受力分析 帶電粒子以初速度v0垂直射入勻強(qiáng)電場中受恒定電場力作用 f qe 且方向與v0垂直 2 運(yùn)動狀態(tài)分析帶電粒子以初速度v0垂直于電場線方向射入兩帶電平行板產(chǎn)生的勻強(qiáng)電場中 受到恒定的與初速度方向成90 角的電場力作用而做運(yùn)動 軌跡為拋物線 勻變速曲線 3 偏轉(zhuǎn)運(yùn)動的分析處理方法 用類似平拋運(yùn)動的分析方法 即應(yīng)用運(yùn)動的合成和分解知識分析處理 一般分解為 1 沿初速度方向以v0做勻速直線運(yùn)動 2 沿電場力方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動 如下圖所示 沿初速度方向為運(yùn)動 由x l v0t 可以確定時間 勻速直線 三 示波管原理1 構(gòu)造示波管是示波器的核心部件 外部是一個抽成真空的玻璃殼 內(nèi)部主要由 發(fā)射電子的燈絲 加速電極組成 由一對x偏轉(zhuǎn)電極板和一對y偏轉(zhuǎn)電極板組成 和組成 如下圖所示 電子槍 偏轉(zhuǎn)電極 熒光屏 2 原理 1 掃描電壓 xx 偏轉(zhuǎn)電極接入的由儀器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓 2 燈絲被電源加熱后 出現(xiàn)熱電子發(fā)射 發(fā)射出來的電子經(jīng)加速電場加速后 以很大的速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場 如在y偏轉(zhuǎn)板上加一個 在x偏轉(zhuǎn)板上加一 在熒光屏上就會出現(xiàn)按y 正弦電壓 掃描電壓 偏轉(zhuǎn)電壓規(guī)律變化的可視圖象 1 帶電粒子的加速 或減速 運(yùn)動的處理方法可以從動力學(xué)和功能關(guān)系兩個角度進(jìn)行分析 其比較如下 特別提醒 1 對帶電粒子進(jìn)行受力分析 運(yùn)動特點(diǎn)分析 力做功情況分析是選擇解題規(guī)律的關(guān)鍵 2 選擇解題的方法是優(yōu)先從功能關(guān)系角度考慮 應(yīng)用功能關(guān)系列式簡單 方便 不易出錯 解析 答案 d 如圖所示 粒子射出電場時速度的反向延長線與初速度方向的延長線相交于o點(diǎn) o點(diǎn)與電場邊緣的距離為x 如下圖所示 在xoy平面上第 象限內(nèi)有平行于y軸的有界勻強(qiáng)電場 方向如圖 y軸上一點(diǎn)p的坐標(biāo)為 0 y0 有一電子以垂直于y軸的初速度v0從p點(diǎn)垂直射入電場中 當(dāng)勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)為e時 電子從a點(diǎn)射出 a點(diǎn)坐標(biāo)為 xa 0 則a點(diǎn)速度va的反向延長線與速度v0的延長線交點(diǎn)坐標(biāo)為 解析 如右圖所示 答案 c 3 不同的帶電粒子是從靜止經(jīng)過同一加速電場加速 然后再進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場 其偏轉(zhuǎn)情況如何 如圖所示 離子發(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為m 電荷量為q的離子 從靜止經(jīng)加速電壓u1加速后 獲得速度v0 并沿垂直于電場線方向射入兩平行板中央 受偏轉(zhuǎn)電壓u2作用后 以速度v離開電場 已知平行板長為l 兩板間的距離為d 則 特別提醒 1 初速度為零的帶電粒子經(jīng)過一電場的加速和另一電場的偏轉(zhuǎn)后 帶電粒子在電場中沿電場線方向偏移的距離和帶電粒子的m q無關(guān) 只取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場 且側(cè)移距離y是分析粒子能否飛出偏轉(zhuǎn)電場的關(guān)鍵條件 2 初速度為零的電性相同的不同帶電粒子經(jīng)過一電場的加速和另一電場的偏轉(zhuǎn)后 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)角和帶電粒子的m q無關(guān) 只取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場 即它們在電場中的偏轉(zhuǎn)角總相同 a 增大兩板間的電勢差u2b 盡可能使板長l短些c 盡可能使板間距離d小一些d 使加速電壓u1升高一些 解析 答案 c 1 帶電粒子在電場中運(yùn)動時 什么情況下重力可以忽略 提示 1 當(dāng)帶電粒子的重力遠(yuǎn)小于靜電力時 粒子的重力就可以忽略 2 微觀帶電粒子 如電子 質(zhì)子 離子 粒子等除有說明或有明確暗示外 處理問題時均不計重力 而帶電的液滴 小球等除有說明或有明確暗示外 處理問題時均應(yīng)考慮重力 2 帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)有哪些規(guī)律提示 1 質(zhì)量分別為m1和m2 電荷量分別為q1和q2的帶電粒子經(jīng)過同一加速電場 同一偏轉(zhuǎn)電場后 偏轉(zhuǎn)量之比為1 1 2 質(zhì)量分別為m1和m2 電荷量分別為q1和q2的帶電粒子以同一速度經(jīng)過同一偏轉(zhuǎn)電場后 偏轉(zhuǎn)量之比為q1m2 q2m1 3 質(zhì)量分別為m1和m2 電荷量分別為q1和q2的帶電粒子以同一動能經(jīng)過同一偏轉(zhuǎn)電場后 偏轉(zhuǎn)量之比為q1 q2 4 帶電粒子從偏轉(zhuǎn)電場中射出時 末速度與初速度之間的夾角 偏向角 的正切值為tan 帶電粒子位移與初速度之間的夾角 的正切值為tan 二者的關(guān)系為tan 2tan 3 示波管工作時 當(dāng)水平和豎直偏轉(zhuǎn)電極都加上電壓時 在熒光屏上將出現(xiàn)怎樣的圖象 提示 通常情況下 在豎直偏轉(zhuǎn)電極上加上要研究的信號電壓 在水平偏轉(zhuǎn)電極上加上掃描電壓 如果二者的周期相同 在熒光屏上就會顯示出信號電壓隨時間變化的波形圖 教材資料分析 思考與討論 上述問題中 兩塊金屬板是平行的 兩板間電場是勻強(qiáng)電場 如果兩極板是其他形狀 中間的電場不再均勻 上面的結(jié)果是否仍然適用 為什么 思考與討論 如果在電極xx 之間不加電壓 但在yy 之間加不變的電壓 使y的電勢比y 高 點(diǎn)撥 1 電子束受電場力的方向指向y板 電子打在熒光屏y軸的正半軸 上半軸 上的某點(diǎn) 電子束受電場力的方向指向x板 電子打在熒光屏x軸的正半軸 右半軸 上的某點(diǎn) 2 當(dāng)電壓變化很快時 亮斑移動很快 由于視覺暫留和熒光屏物質(zhì)的殘光特性 亮斑的移動看起來就成為一條與y軸重合的亮線 3 看到的圖形是一條與y軸平行的亮線 若xx 之間的電壓是 x正 x 負(fù) 則亮線在 象限 若xx 之間的電壓是 x負(fù) x 正 則亮線在 象限 4 作圖如圖所示 答案 bd 反思總結(jié) 該電場為非勻強(qiáng)電場 帶電粒子在ab間的運(yùn)動為變加速運(yùn)動 不可能通過求加速度的途徑解出該題 但注意到電場力做功w qu這一關(guān)系對勻強(qiáng)電場和非勻強(qiáng)電場都適用 因此從能量的觀點(diǎn)入手 用動能定理來求解該題是非常簡單的 跟蹤發(fā)散 1 1 在勻強(qiáng)電場中 同一條電場線上有a b兩點(diǎn) 有兩個帶電粒子先后由靜止從a點(diǎn)出發(fā)并通過b點(diǎn) 若兩粒子的質(zhì)量之比為2 1 電荷量之比為4 1 忽略它們所受的重力 則它們由a點(diǎn)運(yùn)動到b點(diǎn)所用時間的比值為 答案 a 如下圖所示 一束電子從靜止開始經(jīng)加速電壓u1加速后 以水平速度射入水平放置的兩平行金屬板中間 金屬板長為l 兩板距離為d 豎直放置的熒光屏距金屬板右端為l 若在兩金屬板間加直流電壓u2時 光點(diǎn)偏離中線 打在熒光屏上的p點(diǎn) 求op為多少 反思總結(jié) 1 方法1的求解流程為 確定加速后的速度v0 確定偏移y 確定偏角 確定op 需充分利用類平拋運(yùn)動的位移關(guān)系 速度關(guān)系和幾何關(guān)系 2 方法2的求解流程為 確定加速后的速度v0 確定偏移y 確定op 只需利用位移關(guān)系和幾何關(guān)系即可 相對而言較簡捷 跟蹤發(fā)散 2 1 如下圖所示 m n是豎直放置的兩平行金屬板 分別帶等量異種電荷 兩極間產(chǎn)生一個水平向右的勻強(qiáng)電場 場強(qiáng)為e 一質(zhì)量為m 電荷量為 q的微粒 以初速度v0豎直向上從兩極正中間的a點(diǎn)射入勻強(qiáng)電場中 微粒垂直打到n極上的c點(diǎn) 已知ab bc 不計空氣阻力 則可知 a 微粒在電場中作拋物線運(yùn)動b 微粒打到c點(diǎn)時的速率與射入電場時的速率相等c mn板間的電勢差為2mv02 qd mn板間的電勢差為ev02 2g 答案 b 1 如右圖所示 在a板附近有一電子由靜止開始向b板運(yùn)動 則關(guān)于電子到達(dá)b板時的速率 下列解釋正確的是 a 兩板間距越大 加速的時間就越長 則獲得的速率越大b 兩板間距越小 加速的時間就越長 則獲得的速度越大c 獲得的速率大小與兩板間的距離無關(guān) 僅與加速電壓u有關(guān)d 兩板間距離越小 加速的時間越短 則獲得的速率越小 答案 c 2 如右圖所示 豎直放置的一對平行金屬板間的電勢差為u1 水平放置的一對平行金屬板間的電勢差為u2 一電子由靜止開始經(jīng)u1加速后 進(jìn)入水平放置的金屬板間 剛好從下板邊緣射出 不計電子重力 下列說法正確的是 a 增大u1 電子一定打在金屬板上b 減小u1 電子一定打在金屬板上c 減小u2 電子一定能從水平金屬板間射出d 增大u2 電子一定能從水平金屬板間射出 答案 bc 3 在空間中水平面mn的下方存在豎直向下的勻強(qiáng)電場 質(zhì)量為m的帶電小球由mn上方的a點(diǎn)以一定初速度水平拋出 從b點(diǎn)進(jìn)入電場 到達(dá)c點(diǎn)時速度方向恰好水平 a b c三點(diǎn)在同一直線上 且ab 2bc 如圖所示 由此可見 a 電場力為3mgb 小球帶正電c 小球從a到b與從b到c的運(yùn)動時間相等d 小球從a到b與從b到c的速度變化量相等 答案 ad 4 如右圖所示 在點(diǎn)電荷 q的電場中有a b兩點(diǎn) 將質(zhì)子和 粒子分別從a點(diǎn)由靜止釋放到達(dá)b點(diǎn)時 它們的速度大小之比為多少 5 如右圖所示 長l