高中物理 第1章 第9节 带电粒子在电场中的运动同步辅导与检测课件 新人教版选修31.ppt

第9节带电粒子在电场中的运动 静电场 在电子技术中 有时需要研究信号源的电压 电流等是如何变化的 若能测得这些物理量随时间变化的波形图 信号源的情况就会一目了然 使用示波器可以实现这一点 如右图所示为示波器 你知道它的主要部件 示波管的工作原理吗 1 带电粒子的加速 1 运动状态分析 带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场 受到静电力与运动方向 做匀加 减 速 运动 2 用功能观点分析 语言叙述动能定理 注意 以上公式适用于 电场 答案 1 在同一直线上直线 2 粒子动能的变化量等于静电力做的功为零不为零匀强或非匀强 2 带电粒子的偏转 限于匀强电场 1 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 的静电力作用而做 运动 轨迹为抛物线 2 偏转运动的分析处理方法 类似平抛运动分析方法 沿初速度方向以速度v0作 直线运动 沿电场力方向初速度为零的 运动 答案 1 恒定的与初速度方向垂直匀变速曲线 2 匀速 匀加速直线 3 基本公式 加速度 a 运动时间 t 离开电场的偏转量 答案 一 带电粒子在电场中的加速1 运动状态分析 带电粒子沿电场线平行的方向进入匀强电场 受到的电场力与运动方向在同一直线上 做匀加 减 速直线运动 2 用功能观点分析 粒子动能的变化量等于电场力做的功 电场可以是匀强电场或非匀强电场 若粒子的初速度为零 则 若粒子的初速度不为零 则 带电粒子经过加速电压加速后 速度增大 已知电子质量m 9 11 10 31kg 电荷量绝对值e 1 60 10 19c 设电子质量与速度无关 把静止电子加速到光速c需要多高的电压 解析 把电子加速到光速电场力所做的功等于电子动能的增加答案 2 56 105v 二 带电粒子在电场中的偏转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 3 对粒子偏转角的讨论 如下图所示 设带电粒子质量为m 带电荷量为q 以速度v0垂直于电场线射入匀强偏转电场 偏转电压为u1 1 若不同的带电粒子是从静止经过同一加速电压u0加速后进入偏转电场的 则由 式可知 粒子的偏转角与粒子q m无关 仅决定于加速电场和偏转电场 即不同的带电粒子从静止经过同一电场加速后进入同一偏转电场 它们在电场中的偏转角度总是相同的 2 粒子从偏转电场中射出时偏移量作粒子速度的反向延长线 设交于o点 o点与电场边缘的距离为x 则由 式可知 粒子从偏转电场中射出时 就好像是从极板间的l 2处沿直线射出似的 4 先加速后偏转若带电粒子先经加速电场 电压u加 加速 又进入偏转电场 电压u偏 射出偏转电场时侧移由以上分析可知 不同的带电粒子 电性相同 若经同一电场加速后 又进入同一偏转电场 则它们的运动轨迹必定重合 一束电子流在经u 5000v的加速电压加速后 在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场 如图所示 若两板间距离d 1 0cm 板长l 5 0cm 那么 要使电子能从平行板间飞出 两个极板上最大能加多大电压 解析 加速过程中 由动能定理得进入偏转电场 电子在平行于板面的方向上做匀速运动l vot 在垂直于板面的方向做匀加速直线运动 即要使电子能飞出 所加电压最大为400v 答案 400v 点评 此类问题为类平抛运动的问题 要运用解决曲线运动的方法 即运用运动的合成与分解的观点 解决较复杂的曲线运动 解决这类问题的关键是要分析好受力 弄清两个分运动的性质 再根据运动的等时性 独立性和运动学规律列方程求解 变式迁移 如图所示 一束带电粒子 不计重力 垂直电场线方向进入偏转电场 试讨论在以下情况中 粒子应具备什么条件 才能得到相同的偏转距离y和偏转角度 u d l保持不变 1 进入偏转电场的速度相同 2 进入偏转电场的动能相同 3 先由同一加速电场加速后 再进入偏转电场 解析 带电粒子在水平方向运动 l v0t vx v0 1 因为v0相同 当q m相同时 y tan 也相同 2 因为mv相同 当q相同时 则y tan 也相同 3 设加速电场的电压为u 答案 1 q m相同 2 q相同 3 经过同一加速电场加速 再垂直进入同一偏转电场 三 示波器原理1 示波管构造示波器的核心部件是示波管 示波管的原理图如下图所示 也可将示波管的结构大致分为三部分 电子枪 偏转电极和荧光屏 2 示波管的工作原理 1 偏转电极不加电压 从电子枪射出的电子将沿直线运动 射到荧光屏的中心点形成一个亮斑 2 在xx 或yy 加电压 若所加电压稳定 则电子被加速 偏转后射到xx 或yy 所在直线上某一点 形成一个亮斑 不在中心 如下图所示 如上图所示 设加速电压为u1 偏转电压为u2 电子电荷量为e 质量为m 由w ek 3 示波管实际工作时 竖直偏转板和水平偏转板都加上电压 一般地 加在竖直偏转板上的电压是要研究的信号电压 加在水平偏转板上的电压是扫描电压 若两者周期相同 在荧光屏上就会显示出信号电压随时间变化的波形图 如下图所示为真空示波管的示意图 电子从灯丝k发出 初速度不计 经灯丝与a板间的加速电压u1加速 从a板中心孔沿中心线ko射出 然后进入由两块平行金属板m n形成的偏转电场中 偏转电场可视为匀强电场 电子进入偏转电场时的速度与电场方向垂直 电子经过偏转电场后打在荧光屏上的p点 已知m n两板间的电压为u2 两板间的距离为d 板长为l1 板右端到荧光屏的距离为l2 电子质量为m 电荷量为e 求 1 电子穿过a板时的速度大小 2 电子从偏