高中物理 第1章 第9节 第1课时 带电粒子在电场中的加速和偏转课件 新人教版选修31.ppt

第一章静电场 第9节带电粒子在电场中的运动第1课时带电粒子在电场中的加速和偏转 1 学习运用静电力 电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速度 速度和位移等物理量的变化 2 学习运用静电力做功 电势 电势差 等势面等概念研究带电粒子在电场中运动时的能量转化 要点一带电粒子在电场中的加速1 电场中的带电粒子的分类 1 带电的基本粒子 如电子 质子 粒子 正离子 负离子等 这些粒子所受重力和电场力相比要小得多 除非有特别的说明或明确的标示 一般都不考虑重力 但并不能忽略质量 2 带电微粒 如带电小球 液滴 尘埃等 除非有特别的说明或明确的标示 一般都要考虑重力 某些带电体是否考虑重力 要根据题目说明或运动状态来判定 1 对带电粒子进行受力分析 运动特点分析 做功情况分析是选择规律进行解题的关键 2 选择解题的方法时优先从功能关系角度考虑 因为应用功能关系列式简单 方便 不易出错 要点二带电粒子在电场中的偏转1 运动状态分析如图所示 电子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时 由于质量m很小 所以重力比电场力小得多 重力可忽略不计 电子只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 类似于力学中的平抛运动 轨迹为抛物线 3 偏转运动的分析处理方法平抛运动的研究方法是运动的合成和分解 带电粒子垂直进入电场中的运动也可采用运动的合成和分解的方法进行 若带电粒子仅受电场力作用以初速v0垂直进入匀强电场 则做类平抛运动 分析时一般都是分解为两个方向的分运动来处理 1 沿初速度方向为速度为v0的匀速直线运动 2 沿电场力方向为初速度为零的匀加速运动 4 对粒子的偏移量和偏转角的讨论如图所示 水平方向l v0t 则粒子在电场中的运动时间t l v0 1 时间相等是两个方向分运动间联系的桥梁 2 若带电粒子除受电场力作用之外 还受到重力作用或其他恒力作用 则同样要分解成两个不同方向的简单的直线运动来处理 3 如选用动能定理 则要分清有多少个力做功 是恒力还是变力 以及初态和末态的动能增量 如选用能量守恒定律 则要分清有多少种形式的能在转化 哪种能量是增加的哪种能量是减少的 4 若以相同的初动能ek0进入同一个偏转电场 只要q相同 不论m是否相同 则偏转距离y和偏转角 相同 5 不同的带电粒子经同一加速电场加速后 即加速电压u相同 进入同一偏转电场 则偏转距离y和偏转角 相同 对带电粒子在电场中的偏转问题也可以选择动能定理求解 但只能求出速度大小 不能求出速度方向 涉及到方向问题 必须采用把运动分解的方法 反射式速调管是常用的微波器件之一 它利用电子团在电场中的振荡来产生微波 其振荡原理与下述过程类似 如图所示 在虚线mn两侧分别存在着方向相反的两个匀强电场 一带电微粒从a点由静止开始 在电场力作用下沿直线在a b两点间往返运动 已知电场强度的大小分别是e1 2 0 103n c和e2 4 0 103n c 方向如图所示 带电微粒质量m 1 0 10 20kg 带电量q 1 0 10 9c a点距虚线mn的距离d1 1 0cm 不计带电微粒的重力 忽略相对论效应 求 1 b点距虚线mn的距离d2 2 带电微粒从a点运动到b点所经历的时间t 答案 1 0 50cm 2 1 5 10 8s 方法总结 分析粒子在电场中运动的三种视角 1 力和运动的关系 分析带电体的受力情况 确定带电体的运动性质和运动轨迹 从力和运动的角度进行分析 2 分解的思想 把曲线运动分解为两个直线运动进行分析 3 功能关系 利用动能定理或能量守恒分析求解 2014 雅安模拟 如图所示 在真空中a b两块平行金属板竖直放置并接入电路 调节滑动变阻器 使a b两板间的电压为u时 一质量为m 电荷量为 q的带电粒子 以初速度v0从a板上的中心小孔沿垂直两板的方向射入电场中 恰从a b两板的中点处沿原路返回 不计重力 则下列说法正确的是 变式训练1 1 a 使初速度变为2v0时 带电粒子恰能到达b板b 使初速度变为2v0时 带电粒子将从b板中心小孔射出c 使初速度v0和电压u都增加为原来的2倍时 带电粒子恰能到达b板d 使初速度v0和电压u都增加为原来的2倍时 带电粒子将从b板中心小孔射出 答案 bc 电子从静止出发被1000v的电压加速 然后进入另一个电场强度为5000n c的匀强偏转电场 进入时的速度方向与偏转电场的方向垂直 已知偏转电极长6cm 求电子离开偏转电场时的速度及其与进入偏转电场时的速度方向之间的夹角 答案 1 9 107m s夹角为8 32 方法总结 1 处理带电粒子在电场中偏转问题应认真分析带电粒子的运动情况 2 解决带电粒子在电场中的偏转问题可以选择动能定理求解 3 当需要确定带电粒子离开电场时的速度方向 位移方向时 必须将运动进行分解 即分解为沿初速度方向的匀速直线运动和沿静电力方向的初速度为零的匀加速直线运动 2015 常德汇文中学期中 如图所示 带电量之比为qa qb 1 3的带电粒子a b 先后以相同的速度从同一点射入平行板电容器中 不计重力 带电粒子偏转后打在同一极板上 水平飞行距离之比为xa xb 2 1 则带电粒子的质量之比ma mb以及在电场中飞行时间之比ta tb分别为 a 1 1 2 3b 2 1 3 2c 1 1 3 4d 4 3 2 1 变式训练2 1 答案 d 1 下列粒子从初速度为零的状态经电压u的电场加速后 粒子速度最大的是 a 质子b 氘核c 粒子d 钠离子答案 a 2 2015 正定中学高二月考 图中的a b是两块金属板 分别与高压直流电源的正负极相连 一个电荷量为q 质量为m的带正电的点电荷自贴近a板处静止释放 不计重力作用 已知当a b两板平行 两板间的面积很大且两板间的距离较小时 它刚到达b板时的速度为v0 在下列情况下用v表示点电荷刚到达b板时的速度 a 若两板不平行 则v v0b 若a板面积很小 b板面积很大 则v v0c 若a b两板间的距离很大 则v v0d 不论a b两板是否平行 两板面积大小及两板间距离多少v都等于v0答案 d 3 2014 甘肃模拟 某同学设计了一种静电除尘装置 如图1所示 其中有一长为l 宽为b 高为d的矩形通道 其前 后面板为绝缘材料 上 下面板为金属材料 图2是装置的截面图 上 下两板与电压恒定为u的高压直流电源相连 带负电的尘埃被吸入矩形通道的水平