高中物理 第一章 电场 第6节 示波器的奥秘课件 粤教版选修31.ppt

第六节示波器的奥秘 1 带电粒子的加速 1 基本粒子的受力特点 对于质量很小的基本粒子 如电子 质子等 由于在电场中受到的静电力远 重力 重力一般可以 2 初速度为零的带电粒子 质量为m 电量为q 经过电势差为u的电场加速后 根据动能定理有qu 则速度v 大于 忽略 2 带电粒子在匀强电场中的偏转 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 运动特点与规律 沿初速度方向做 运动 x 沿电场力方向做 运动 加速度a 速度vy 位移y 垂直 匀速直线 v0t 初速度为零的匀加速 at 3 示波器的核心部件是示波管 示波管的原理图如图1 6 1所示 示波管主要由 和 三部分组成 图1 6 1 电子枪 偏转电极 荧光屏 4 如图1 6 2所示 在点电荷 q的电场中 一带电量为 q的粒子以与电场线方向相同的初速度v0进入电场 关于 粒子的运动描述正确的是 图1 6 2a 沿电场线qp做匀加速直线运动b 沿电场线qp做变减速直线运动c 沿电场线qp做匀速直线运动d 会偏离电场线qp做曲线运动 解析 电场力与速度方向在同一直线上 不可能做曲线运动 d错 电场力不为零 且大小变化 a c错 答案 b 知识点1 带电粒子的加速 1 带电粒子在静电力的作用下 若由静止开始加速 则动能定理的表达式 qu 若带电粒子以初速度v0沿电场线进入电场运动 则动能定理表达式 qu 2 如图1 6 3所示 在点电荷 q的电场中有a b两点 将质子和 粒子 q 2q质 m 4m质 分别从a点由静止释放 到达b点 则电场力对质子和 粒子所做的功之比为 质子和 粒子到达b点时的速度大小之比是 你选择的方法是 此种情形能用v at求速度吗 图1 6 3 1 2 动能定理 不能 1 带电粒子的受力分析 1 基本粒子 如电子 质子 粒子 离子等除有说明或明确的暗示以外 一般因受到的重力远远小于电场力 重力可忽略 但质量不能忽略 2 带电颗粒 如液滴 油滴 尘埃 小球等 除有说明或 有明确的暗示以外 一般重力都必须考虑 2 运动特点分析 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 粒子做匀加 减 速直线运动 若电场是非匀强电场 粒子做变加速运动 3 处理方法 可以用动力学规律和动能定理两种方法进 行分析 其比较如下 1 动能定理 可以是匀强电场 也可以是非匀强电场 电场力所做功w qu与电场力是恒力还是变力无关 2 应用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式求解加速 问题 电场必须是匀强电场 电场力必须是恒力 例1 双选 如图1 6 4所示 在p板附近有一电子由静止开始向q板运动 则关于电子在两板间的运动情况 下列 叙述正确的是 图1 6 4a 两板间距越大 加速的时间越长b 两板间距离越小 电子到达q板时的速度就越大c 电子到达q板时的速度与板间距离无关 仅与加速电压有关d 电子的加速度和到达q板时的速度与板间距离无关 答案 ac 触类旁通 1 如图1 6 5是示波管中电子枪的原理示意图 示波管内被抽成真空 a为发射热电子的阴极 k为接在高电势点的加速阳极 a k间电压为u 电子离开阴极时的速度可以忽略 电子经加速后从k的小孔中射出的速度大小为v 下面的说法中 正确的是 图1 6 5 a 如果a k间距离减半而电压仍为u不变 则电子离开k时的速度变为2vb 如果a k间距离减半而电压仍为u不变 则电子离 开k时的速度变为 v2 c 如果a k间距离保持不变而电压减半 则电子离开k 时的速度变为 v2 d 如果a k间距离保持不变而电压减半 则电子离开k 时的速度变为 答案 d 知识点2带电粒子的偏转 1 带电粒子 不计重力 以速度v0垂直于电场线方向飞入两 带电平行板产生的匀强电场时 受到恒定的电场力作用而做速度变化 的曲线运动 粒子沿初速度方向做 运动 沿电场方向做初速度为 的 运动 2 设带电粒子的质量为m 带电量为q 板间距离为d 电压为u 极板长度为l 则粒子在电场中运动时的加速度a 电场中运动的时间t 离开电场的偏转量y 偏转角tan 均匀 匀速直线 零 匀加速直线 1 沿初速度方向做匀速直线运动 运动时间 t vy at 1 模型特点 1 带电粒子初速度v0方向与电场线方向垂直 2 受到恒定的电场力作用 限于匀强电场 2 相关规律分析 l v0 2 沿电场强度方向做初速度为零的匀加速直线运动 qumd a 3 对粒子偏转角的讨论如图1 6 6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 图1 6 6 例2 如图1 6 7所示 质量相同的两个带电粒子p q以相同的速度沿垂直于电场方向射入两平行板间的匀强电场中 p从两极板正中央射入 q从下极板边缘处射入 它们最后打在同一点 重力不计 则从开始射入到打到上板的过程中 a 它们运动的时间tq tp b 它们运动的加速度aq apc 它们所带的电荷量之比qp qq 1 2 d 它们的动能增加量之比 ekp ekq 1 2 图1 6 7 答案 c 触类旁通 2 双选 三个 粒子在同一点沿同一方向同时垂直飞入偏转电场 出现了如图1 6 8所示的运动轨迹 由此可判断 a 在b飞离电场的同时 a刚好打在负极板上b b和c同时飞离电场c 进入电场时 a b的速度一样大d 动能的增加值c最小 a和b一样大图1 6 8 ad 1 带电粒子先加速后偏转 1 分析带电粒子在电场中的运动问题通常用力和运动的关系或功能关系 选择解题的方法是优先从功能关系角度考虑 应用功能关系列式简单 方便 不易出错 2 带电粒子被加速 在匀强电场中做匀加速直线运动 在非匀强电场中做变速运动 解决问题的方法是利用动能定理 带电粒子在电场中的偏转问题也可以选择动能定理求解 但只能求出速度的大小 不能求出速度的方向 涉及方向问题时 必须采用运动分解的方法 3 对带电粒子的偏转问题要特别注意分析粒子的重力是否可以忽略 当重力不可以忽略且电场力的方向与重力方向在 一条直线上时 a mg qe m 电场力的方向与重力反向 或 a qe mgm 电场力的方向与重力同向 粒子的运动性质 求解问题的思路方法与不受重力时相同 4 处理问题时对带电粒子进行受力分析 运动特点分析 同时对力做功情况分析是选择规律 正确解题的关键 例3 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 图1 6 9 入平行板间的匀强电场 如图1 6 9所示 若两板间距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 c 使u2变为原来的倍 d 使u2变为原来的倍 触类旁通 3 如图1 6 10所示 静止的电子在加速电压为u1的电场的作用下从o经p板的小孔射出 又垂直进入平行金属板间的电场 在偏转电压u2的作用下偏转一段距离 现使u1加倍 要想使电子的运动轨迹不发生变化 应该 a 使u2加倍b 使u2变为原来的4倍1512 图1 6 10 解析 要使电子轨迹不变 则应使电子进入偏转电场后 任一水平位移x所对应的偏转量y保持不变 则有 答案 a 2 带电体在电场中的运动 1 带电体在电场中的运动问题 务必要考虑重力作用 同时要准确进行受力分析 2 方法一 利用力和运动的关系 即牛顿运动定律和匀变速直线运动规律的结合 但必须注意此方法只适应于合外力为恒力的情形 3 方法二 利用功能关系 即动能定理 此方法无论合外力是恒力还是变力 运动轨迹是直线还是曲线 均可采用 必须注意重力做功与电场力做功的特点 变为原来的 求此电场的场强大小和方向 例4 如图1 6 11所示 在距地面一定高度的位置以初速度v0向右水平抛出一个质量为m 电荷量为q的带负电小球 小球的落地点与抛出点之间有一段相应的水平距离 水平射程 若在空间上加一竖直方向的匀强电场 使小球的水平射程 12 图1 6 11 触类旁通 4 双选 如图1 6 12所示 有三个质量相