高中物理 第一章 第9节 带电粒子在电场中的运动课件 新人教版选修31.ppt

名师课堂 一点通 第一章静电场 新知预习 巧设计 要点一 要点二 第9节带电粒子在电场中的运动 创新演练 大冲关 随堂检测归纳小结 课下作业综合提升 要点三 1 会分析带电粒子在电场中的受力特点和运动特点 2 掌握带电粒子在电场中加速和偏转遵循的规律 3 知道示波管的主要构造和工作原理 读教材 填要点 1 带电粒子的加速 1 常见带电粒子及受力特点 电子 质子 粒子 离子等带电粒子在电场中受到的静电力远重力 通常情况下 重力可忽略 其他带电小球 液滴 烟尘等 重力不可忽略 大于 2 带电粒子的偏转 1 进入电场的方式 以初速度v0电场线方向进入匀强电场 2 受力特点 电场力大小 且方向与初速度v0的方向 3 运动特点 做运动 与力学中的类似 垂直于 不变 垂直 匀变速曲线 平抛运动 4 运动规律 关键一点 偏转角指的是粒子飞出电场时的速度方向与初速度v0方向之间的夹角 它区别于位移的偏转角 3 示波管的构造 原理 1 构造 示波管是示波器的核心部件 外部是一个抽成真空的玻璃壳 内部主要由 由发射电子的灯丝 加速电极组成 由偏转电极xx 和偏转电极yy 组成 和组成 如图1 9 1所示 电子枪 偏转电极 荧光屏 图1 9 1 2 原理 灯丝被电源加热后 出现热电子发射 发射出来的电子经加速电场加速后 以很大的速度进入偏转电场 如在电极yy 之间加一个 在xx 偏转板上加一仪器自身产生的 在荧光屏上就会出现按yy 偏转电压规律变化的可视图像 待显示信号电压 锯齿电压 试身手 夯基础 1 示波管是示波器的核心部件 它由电子枪 偏转电极和荧光屏组成 如图1 9 2所示 如果在荣光屏上p点出现亮斑 那么示波管中的 图1 9 2 a 极板x应带正电b 极板x 应带正电c 极板y应带正电d 极板y 应带正电 解析 由题意可知 在xx 方向上向x方向偏转 x带正电 a对b错 在yy 方向上向y方向偏转 y带正电 c对d错 答案 ac 2 一个带正电的油滴从图1 9 3所示的匀强电场上方a点自由下落 油滴落入匀强电场后 能较准确地描述油滴运动轨迹的是图1 9 4中的 图1 9 3 图1 9 4 解析 油滴从a点自由下落以一竖直速度进入电场 进入电场后受重力和电场力两恒力作用 根据物体做曲线运动的条件 运动轨迹将向右弯曲 故选b 答案 b 3 关于带电粒子 不计重力 在匀强电场中的运动情况 下列说法正确的是 a 一定是匀变速运动b 不可能做匀减速运动c 一定做曲线运动d 可能做匀变速直线运动 不可能做匀变速曲线运动 解析 带电粒子在匀强电场中受到的电场力恒定不变 可能做匀变速直线运动 也可能做匀变速曲线运动 故a项对 答案 a 图1 9 5 4 如图1 9 5所示 两极板与电源相连接 电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场 且恰好从正极板边缘飞出 现在使电子入射速度变为原来的两倍 而电子仍从原位置射入 且仍从正极板边缘飞出 则两极板的间距应变为原来的多少倍 1 受力分析仍按力学中受力分析的方法分析 只是多了一个电场力而已 如果带电粒子在匀强电场中 则电场力为恒力 qe 若在非匀强电场中 电场力为变力 2 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 受到的电场力与运动方向在同一直线上 做匀加 减 速直线运动 3 用功能观点分析粒子动能的变化量等于电场力做的功 图1 9 6 1 如图1 9 6所示 在点电荷 q的电场中有a b两点 当质子和 粒子分别从a点由静止释放到达b点时 它们的速度大小之比为多少 质子带电荷量为 e 质量为m 粒子带电荷量为 2e 质量为4m 思路点拨 带电粒子虽然在非匀强电场中运动 但由a到b的电势差确定 由此可知电场力做功w qu 根据动能定理即可求出质子和 粒子到达b点时的速度之比 该电场为非匀强电场 带电粒子做变加速直线运动 不能通过求加速度的牛顿运动定律途径求解 注意到w qu对一切电场适用 因此从能量的观点入手 由动能定理来求解 1 受力分析带电粒子以初速度v0垂直射入匀强电场中受恒定电场力作用 f qe 且方向与v0垂直 2 运动状态分析带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向射入两带电平行板产生的匀强电场中 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 轨迹为抛物线 3 偏转运动的分析处理方法用类似平抛运动的分析方法 即应用运动的合成和分解知识分析处理 一般分解为 1 沿初速度方向以v0做匀速直线运动 2 沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动 名师点睛 1 该类运动与之前所学的平抛运动处理方法相似 两种运动重要的区别是加速度的不同 2 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 2 如图1 9 7所示 一束带电粒子 不计重力 垂直电场方向进入偏转电场 试讨论在以下情况中 粒子应具有什么条件 才能得到相同的偏转距离y和偏转角度 已知粒子的电荷量为q 质量为m 极板长度为l 间距为d 电势差为u l d u为定值 q m为不定值 图1 9 7 1 以相同的初速度v0进入偏转电场 2 以相同的初动能ek0进入偏转电场 3 先由同一电场直线加速后再进入偏转电场 思路点拨 带电粒子在电场中的偏转问题可以用运动的合成与分解规律处理 答案 见解析 1 偏转电极不加电压时从电子枪射出电子将沿直线运动 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 所在直线上形成一个亮斑 不在中心 如图1 9 8所示 图1 9 8 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 3 如图1 9 9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 图1 9 9 1 电子穿过a板时的速度大小 2 电子从偏转电场射出时的侧移量 3 p点到o点的距离 审题指导 1 利用动能定理求出电子穿过a板时的速度 2 利用运动的合成与分解求出侧移量 3 设电子离开偏转电场时沿电场方向的速度为vy 根据运动学公式得vy at1 电子离开偏转电场后做匀速直线运动 设电子离开偏转电场后打在荧光屏上所用的时间为t2 电子打到荧光屏上的侧移量为y2 如图所示 电子在电场中运动时 不计重力 但不计重力并不是不计质量 电子离开电场后向屏上运动时 不再做曲线运动 而是做匀速直线运动 1 对应要点一 如图1 9 10所示 在p板附近有一电子由静止开始向q板运动 则关于电子到达q时的速率与哪些因素有关的下列解释正确的是 a 两极板间的距离越大 加速的时间就越长 则获得的速率越大 图1 9 10 b 两极板间的距离越小 加速的时间就越短 则获得的速率越小c 两极板间的距离越小 加速度就越大 则获得的速率越大d 与两板间的距离无关 仅与加速电压u有关 答案 d 图1 9 11 2 对应要点一 如图1 9 11所示 两平行金属板间的距离为d 两板间的电压为u 今有一电子从两板间的o点沿着垂直于板的方向射出到达a点后立即返回 若oa距离为h 则此电子具有的初动能是 答案 d 3 对应要点二 电子以初速度v0沿垂直场强方向射入两平行金属板中间的匀强电场中 现增大两板间的电压 但仍能使电子穿过该电场 则电子穿越平行板间的电场所需时间 a 随电压的增大而减小b 随电压的增大而增大c 与电压的增大无关d 不能判定是否与电压增大有关 答案 c 4 对应要点二 一束正离子以相同的速率从同一位置沿垂直于电场方向飞入匀强电场中 所有离子的轨迹都是一样的 这说明所有粒子 a 具有相同的质量b 具有相同的电荷量c 电荷量和质量的比相同d 属于同一元素的同位素 答案 c 5 对应要点三 一台正常工作的示波管 突然发现荧光屏上画面的高度缩小 则产生故障的原因可能是 a 加速电压偏大b 加速电压偏小c 偏转电压偏大d 偏转电压偏小 答案 ad 1 带电粒子的电场力往往远大于它的重力 可不计