高中物理 1.9帶電粒子在電場中的運動課件1 新人教版選修3-1.ppt
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9.帶電粒子在電場中的運動,一、帶電粒子的加速 1.受力分析:仍按力學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電場中,則電場力為恒力(qE),若在非勻強電場中,電場力為變力. 2.運動狀態(tài)分析 帶電粒子沿與電場線平行的方向進入勻強電場,受到的電場力與運動方向在同一直線上,做勻加(減)速直線運動,4.用牛頓運動定律和運動學公式分析 帶電粒子平行于電場線進入勻強電場,則帶電粒子做勻變速直線運動,可由電場力求該加速度進而求出速度、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垂直射入勻強電場中受恒定電場力作用(F=qE),且方向與v0垂直. 2.運動狀態(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 運動(軌跡為拋物線).,勻變速曲線,3.偏轉(zhuǎn)運動的分析處理方法(用類似平拋運動的分析方法):即應(yīng)用運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做勻速直線運動; (2)沿電場力方向做初速度為零的勻加速直線運動. 如下圖所示,沿初速度方向為 運動,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)運動的處理方法 可以從動力學和功能關(guān)系兩個角度進行分析,其比較如下:,【特別提醒】 (1)對帶電粒子進行受力分析、運動特點分析、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,O點與電場邊緣的距離為x,,如下圖所示,在xOy平面上第Ⅰ象限內(nèi)有平行于y軸的有界勻強電場,方向如圖.y軸上一點P的坐標為(0,y0),有一電子以垂直于y軸的初速度v0從P點垂直射入電場中,當勻強電場的場強為E時,電子從A點射出,A點坐標為(xA,0),則A點速度vA的反向延長線與速度v0的延長線交點坐標為( ),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U2 B.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,No.4 難點釋疑,1.帶電粒子在電場中運動時,什么情況下重力可以忽略? 提示: (1)當帶電粒子的重力遠小于靜電力時,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、α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φ(偏向角)的正切值為tan φ,帶電粒子位移與初速度之間的夾角α的正切值為tan α,二者的關(guān)系為tan φ=2tan α.,3.示波管工作時,當水平和豎直偏轉(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. 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. 2.當電壓變化很快時,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”,則亮線在Ⅰ、Ⅳ象限.若XX′之間的電壓是“X負、X′正”,則亮線在Ⅱ、Ⅲ象限. 4.作圖如圖所示.,答案: BD,【反思總結(jié)】 該電場為非勻強電場,帶電粒子在AB間的運動為變加速運動,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)系對勻強電場和非勻強電場都適用,因此從能量的觀點入手,用動能定理來求解該題是非常簡單的.,【跟蹤發(fā)散】 1-1:在勻強電場中,同一條電場線上有A、B兩點,有兩個帶電粒子先后由靜止從A點出發(fā)并通過B點.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點運動到B點所用時間的比值為( ),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,光點偏離中線,打在熒光屏上的P點,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θ→確定OP.需充分利用類平拋運動的位移關(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電場,場強為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點射入勻強電場中,微粒垂直打到N極上的C點,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動 B.微粒打到C點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/q D.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板運動,則關(guān)于電子到達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電場,質(zhì)量為m的帶電小球由MN上方的A點以一定初速度水平拋出,從B點進入電場,到達C點時速度方向恰好水平,A、B、C三點在同一直線上,且AB=2BC,如圖所示.由此可見( ),A.電場力為3mg B.小球帶正電 C.小球從A到B與從B到C的運動時間相等 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,在點電荷+Q的電場中有A、B兩點,將質(zhì)子和α粒子分別從A點由靜止釋放到達B點時,它們的速度大小之比為多少?,5.如右圖所示,長L=0.4 m的兩平行金屬板A、B豎直放置,相距d=0.02 m,兩板間接入182 V的恒定電壓且B板接正極.一電子質(zhì)量m=9.1×10-31 kg,電荷量e=1.6×10-19 C,以v0=4×107 m/s的速度緊靠著A板向上射入電場中,不計電子的重力.問電子能否射出電場?若能,計算電子在電場中的偏轉(zhuǎn)距離;若不能,在保持電壓不變的情況下,B板至少平移多少,電子才能射出電場?,答案: 0.02 m,- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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