高中物理带电粒子在匀强电场中的偏转.ppt

一 带电粒子在电场中的偏转 二 示波管的原理014 山东泰安市07年第一轮质量检测4004 南京师大物理之友电学综合 二 2 032 上海虹口区07学年度第一学期期终教学检测16039 08年深圳市第一次调研考试15043 南通 扬州 泰州三市08届第二次调研测试6025 上海市黄浦区08年1月期终测评卷22044 盐城市2008届六所名校联考试题6006 江苏南通08届第一次调研测试15040 江苏淮安市07 08学年度第一次调查测试15057 广东省汕头市2008年模拟考试20 带电粒子在匀强电场中的偏转 不计重力 且初速度v0 E 则带电粒子将在电场中只受电场力作用做类平抛运动 电子射出电场时 在垂直于电场方向偏移的距离为 粒子在垂直于电场方向的加速度 由 得侧移 一 带电粒子在电场中的偏转 1 侧向偏移 沿电场方向匀速运动所以有 电子射出电场时沿电场方向的速度不变仍为v0 而垂直于电场方向的速度 故电子离开电场时的偏转角 为 注意到 说明穿出时刻的末速度的反向延长线与初速度延长线交点恰好在水平位移的中点 这一点和平抛运动的结论相同 2 偏转角 3 对偏移公式的讨论 对于不同的带电粒子 若以相同的速度射入 则y q m 若以相同的动能射入 则y q 若经相同电压U0加速后射入 则 y与q m无关 随加速电压的增大而减小 随偏转电压的增大而增大 4 穿越电场过程的动能增量 Ek Eqy 注意 一般来说不等于qU 二 示波管的原理 利用两组正交的偏转极板 可以控制电子打在荧光屏上的位置 示意图如右 两组偏转电极分别控制电子在水平 竖直方向的偏转 一般在水平偏转电极上加扫描电压 从左向右周期性扫描 在竖直偏转电极上加需要研究的信号 039 08年深圳市第一次调研考试15 15 13分 实验表明 炽热的金属丝可以发射电子 在图中 从炽热金属丝射出的电子流 经电场加速后进入偏转电场 已知加速电极间的电压是2500V 偏转电极间的电压是2 0V 偏转电极长6 0cm 相距0 2cm 电子的质量是0 91 10 30kg 电子重力不计 求 1 电子离开加速电场时的速度 2 电子离开偏转电场时的侧向速度 3 电子离开偏转电场时侧向移动的距离 解 1 由 得 2 由 得 3 由 得 031 上海市静安区07 08学年第一学期期末检测21 21 12分 两个半径均为R的圆形平板电极 平行正对放置 相距为d 极板间的电势差为U 板间电场可以认为是均匀的 一个 粒子从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间 到达负极板时恰好落在极板中心 已知质子电量为e 质子和中子的质量均视为m 忽略重力和空气阻力的影响 求 1 极板间的电场强度E 2 粒子在极板间运动的加速度a 3 粒子的初速度v0 1 极板间电场强度 2 粒子电荷为2e 所受电场力 粒子质量为4m 加速度 解 3 由 得 粒子的初速度 014 山东泰安市07年第一轮质量检测4 4 竖直放置的平行金属板A B连接一恒定电压 两个电荷M和N以相同的速率分别从极板A边缘和两板中间沿竖直方向进入板间电场 恰好从极板B边缘射出电场 如图所示 不考虑电荷的重力和它们之间的相互作用 下列说法正确的是 A 两电荷在电场中运动的时间相等B 两电荷在电场中运动的加速度相等C 两电荷的比荷可能相等D 离开电场时 M的速度大于N的速度 AD 004 南京师大物理之友电学综合 二 2 2 如图所示 质量相同的两个带电粒子P Q以相同速度沿垂直于电场方向射入两平行板间的匀强电场中 P从两板正中央射入 Q从下极板边缘入射入 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 它们的运动时间tQ tPB 它们所带电量之比qP qQ 1 2C 它们的动能增量之比D 它们的电势能减少量之比 BD 032 上海虹口区07学年度第一学期期终教学检测16 16 在真空中带电粒子P1和P2先后以相同的速度从O点射入两平行板间的匀强电场 如图 它们的初速垂直于电场强度方向 偏转之后分别打在下面金属板的B C两点 已知 A点在O的正下方 且P1的带电量是P2的3倍 与粒子受到的电场力相比 其重力可略去不计 则P1和P2在空中飞行的时间之比t1 t2 质量之比m1 m2 解 1 2 3 4 043 南通 扬州 泰州三市08届第二次调研测试6 6 如图所示 两种不同的正离子 不计重力 垂直射人偏转电场 从偏转电场射出时具有相同的偏转距离y和偏转角 偏转电压U保持不变 则两种离子进入偏转电场前只要满足 A 速度相同B 动能相同C 比荷和速度都相同D 由静止经同一加速电场加速 CD 解见下页 解 偏转距离y为 偏转角 为 从偏转电场射出时具有相同的偏转距离y和偏转角 只要两种离子进入偏转电场前的比荷和速度都相同 或由静止经同一加速电场加速 即C D正确 025 上海市黄浦区08年1月期终测评卷22 22 一带电粒子以一定的初速度由P点射入匀强电场 入射方向与电场线垂直 粒子从Q点射出电场时 其速度方向与电场线成300角 已知匀强电场的宽度为d P Q两点的电势差为U 不计重力作用 求此匀强电场的场强大小 解 设带电粒子在P点时的速度为v0 在Q点建立直角坐标系 垂直于电场线为x轴 平行于电场线为y轴 由平抛运动的规律和几何知识求得粒子在y轴方向的分速度为 粒子在y方向上的平均速度为 粒子在y方向上的位移为y0 粒子在电场中的运动时间为t 得 得 044 盐城市2008届六所名校联考试题6 6 一个初动能为Ek的带电粒子 以速度v垂直电场线方向飞入两块平行金属板间 飞出时动能为3Ek 如果这个带电粒子的初速度增加到原来的2倍 不计重力 那么该粒子飞出时动能为 A 4EkB 4 5EkC 6EkD 9 5Ek B 解见下页 解 以速度v垂直电场线方向飞入 以速度2v垂直电场线方向飞入 006 江苏南通08届第一次调研测试15 1 设粒子在运动过程中的加速度大小为a 离开偏转电场时偏转距离为y 沿电场方向的速度为vy 偏转角为 其反向延长线通过O点 O点与板右端的水平距离为x 则有 解 联立可得 即粒子飞出电场后的速度方向的反向延长线交于两板间的中心 2 由 式解得 当时 则两板间所加电压的范围 3 当时 粒子在屏上侧向偏移的距离最大 设为y0 则 而 解得 则粒子可能到达屏上区域的长度为 040 江苏淮安市07 08学年度第一次调查测试15 15 12分 现代科学实验中常用的一种电子仪器叫示波器 它的核心部件是示波管 其工作原理如图所示 电量大小为e的电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动 然后射入电势差为U2的两块平行极板间的偏转电场中 入射方向跟极板平行 偏转电场的极板间距离为d 板长为L 整个装置处在真空中 电子重力可忽略 电子能射出平行板区 1 偏转电场中 若单位偏转电压引起的偏移距离叫示波管的灵敏度 请通过计算说明提高示波管的灵敏度的办法 2 求电子离开偏转电场时的动能大小 解 1 在加速电场中 在偏转电场中 运动时间为t L vt 由上三式 得灵敏度 提高示波管的灵敏度方法 增大L 减小U1 减小d 2 方法一 由动能定理 得 将 式代入 得 方法二 出电场时的水平速度 vx v0 竖直速度 出电场时动能大小 057 广东省汕头市2008年模拟考试20 解 1 第一个质点在极板间做类平抛运动 解得质点的初速 2 第二个质点射入极板后 在时间内做类平抛运动 有 A板电势突然变为 U后 质点所受电场力与重力平衡 做匀速直线运动 经过时间t 恰好射出极板 则 由以上各式解得 024 上海市徐汇区07年第一学期期末试卷23 23 12分 如图 甲 所示 A B为两块距离很近的平行金属板 板中央均有小孔 一束电子以初动能E0 120eV 从A板上的小孔O不断地垂直于板射入A B之间 在B板右侧 平行金属板M N间有一个匀强电场 板长L 0 02m 板间距离d 0 004m M N间所加电压为U2 20V 现在A B两板间加一个如图 乙 所示的变化电压u1 在t 0到t 2s的时间内 A板电势低于B板 则在u1随时间变化的第一个周期内 1 电子在哪段时间内可从B板上的小孔O 射出加速电场 2 在哪段时间内电子能从偏转电场右侧飞出 由于A B两板距离很近 电子穿过A B板所用的时间极短 可忽略不计 1 E0 eU0 U0 120V 所以当A板电势比B板电势高120V时 电子无法射出 到达B板速度恰为零 解 则当t1 0 2 6s与t1 3 4s 4 0s电子可从O 射出 2 要使电子能从偏转电场右侧飞出 则偏转位移y d 2 则当t2 0 65s 1 35s时 UAB 130V 电子能从偏转电场右侧飞出 解得 U1 130V 此时电场对电子做正功 即当A板电势比B板电势低130V时 电子能从偏转电场右侧飞出 题目 033 上海嘉定区2007学年上学期调研22 22 如图 a 所示 A B为两块平行金属板 极板间电压为UAB 1125V 板中央有小孔O和O 现有足够多的电子源源不断地从小孔O由静止进入A B之间 在B板右侧 平行金属板M N长L1 4 10 2m 板间距离d 4 10 3m 在距离M N右侧边缘L2 0 1m处有一荧光屏P 当M N之间未加电压时电子沿M板的下边沿穿过 打在荧光屏上的O 并发出荧光 现给金属板M N之间加一个如图 b 所示的变化电压u1 在t 0时刻 M板电势低于N板 已知电子质量为me 9 0 10 31kg 电量为e 1 6 10 19C 1 电子经A B两块金属板加速 有 得 y1 d 说明所有的电子都可以飞出M N 2 当u 22 5V时 电子经过MN极板向下的偏移量最大 为 1 每个电子从B板上的小孔O 射出时的速度多大 2 打在荧光屏上的电子范围是多少 3 打在荧光屏上的电子的最大动能是多少 解 此时电子在竖直方向的速度大小为 电子射出极板MN后到达荧光屏P的时间为 电子射出极板MN后到达荧光屏P的偏移量为 电子打在荧光屏P上的总偏移量为 方向竖直向下 题目 y的计算方法 由三角形相似 有 即 解得y 0 012m 3 当u 22 5V时 电子飞出电场的动能最大 或由动能定理 题目 第2页 003 南京师大物理之友电学综合 一 23 解 1 设粒子被加速后的速度为v0 当两板间加上电压U2 如上板为正时 粒子恰好能沿两板中心线射出 如下板为正时 带电粒子射到下板距板的左端1 4处 2 当上板加最大电压正时 粒子斜向上偏转刚好穿出 t l v0 若上板加上最小正电压时 粒子向下偏转恰穿出 题目 若下板加上正电压时 粒子只能向下偏转 可见下板不能加正电压 题目 第2页 gk004 2008年高考物理上海卷23 23 12分 如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图 在Oxy平面的ABCD区域内 存在两个大小均为E的匀强电场I和II 两电场的边界均是边长为L的正方形 不计粒子所受重力 1 在该区域AB边的中点处由静止释放电子 求电子离开ABCD区域的位置 2 在电场I区域内适当位置由静止释放电子 电子恰能从ABCD区域左下角D处离开 求所有释放点的位置 3 若将左侧电场II整体水平向右移动 仍使电子从ABCD区域左下角D处离开 D不随电场移动 在电场I区域内由静止释放电子的所有位置 解 1 设电子的质量为m 电量为e 电子在电场I中做匀加速直线运动 出区域I时的为v0 此后电场II做类平抛运动 假设电子从CD边射出 出射点纵坐