湖南省邵阳市隆回县万和实验学校高中物理 1.9带电粒子在电场中的运动课件1 新人教版选修31.ppt

9 带电粒子在电场中的运动 一 带电粒子的加速1 受力分析 仍按力学中受力分析的方法分析 只是多了 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 4 用牛顿运动定律和运动学公式分析带电粒子平行于电场线进入匀强电场 则带电粒子做匀变速直线运动 可由电场力求该加速度进而求出速度 位移或时间 二 带电粒子的偏转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运动 轨迹为抛物线 匀变速曲线 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 如下图所示 沿初速度方向为运动 由x l v0t 可以确定时间 匀速直线 三 示波管原理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 发射电子的灯丝 加速电极组成 由一对x偏转电极板和一对y偏转电极板组成 和组成 如下图所示 电子枪 偏转电极 荧光屏 2 原理 1 扫描电压 xx 偏转电极接入的由仪器自身产生的锯齿形电压 2 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y偏转板上加一个 在x偏转板上加一 在荧光屏上就会出现按y 正弦电压 扫描电压 偏转电压规律变化的可视图象 1 带电粒子的加速 或减速 运动的处理方法可以从动力学和功能关系两个角度进行分析 其比较如下 特别提醒 1 对带电粒子进行受力分析 运动特点分析 力做功情况分析是选择解题规律的关键 2 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 解析 答案 d 如图所示 粒子射出电场时速度的反向延长线与初速度方向的延长线相交于o点 o点与电场边缘的距离为x 如下图所示 在xoy平面上第 象限内有平行于y轴的有界匀强电场 方向如图 y轴上一点p的坐标为 0 y0 有一电子以垂直于y轴的初速度v0从p点垂直射入电场中 当匀强电场的场强为e时 电子从a点射出 a点坐标为 xa 0 则a点速度va的反向延长线与速度v0的延长线交点坐标为 解析 如右图所示 答案 c 3 不同的带电粒子是从静止经过同一加速电场加速 然后再进入偏转电场 其偏转情况如何 如图所示 离子发生器发射出一束质量为m 电荷量为q的离子 从静止经加速电压u1加速后 获得速度v0 并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央 受偏转电压u2作用后 以速度v离开电场 已知平行板长为l 两板间的距离为d 则 特别提醒 1 初速度为零的带电粒子经过一电场的加速和另一电场的偏转后 带电粒子在电场中沿电场线方向偏移的距离和带电粒子的m q无关 只取决于加速电场和偏转电场 且侧移距离y是分析粒子能否飞出偏转电场的关键条件 2 初速度为零的电性相同的不同带电粒子经过一电场的加速和另一电场的偏转后 带电粒子在电场中的偏转角和带电粒子的m q无关 只取决于加速电场和偏转电场 即它们在电场中的偏转角总相同 a 增大两板间的电势差u2b 尽可能使板长l短些c 尽可能使板间距离d小一些d 使加速电压u1升高一些 解析 答案 c no 4难点释疑 1 带电粒子在电场中运动时 什么情况下重力可以忽略 提示 1 当带电粒子的重力远小于静电力时 粒子的重力就可以忽略 2 微观带电粒子 如电子 质子 离子 粒子等除有说明或有明确暗示外 处理问题时均不计重力 而带电的液滴 小球等除有说明或有明确暗示外 处理问题时均应考虑重力 2 带电粒子在电场中偏转有哪些规律提示 1 质量分别为m1和m2 电荷量分别为q1和q2的带电粒子经过同一加速电场 同一偏转电场后 偏转量之比为1 1 2 质量分别为m1和m2 电荷量分别为q1和q2的带电粒子以同一速度经过同一偏转电场后 偏转量之比为q1m2 q2m1 3 质量分别为m1和m2 电荷量分别为q1和q2的带电粒子以同一动能经过同一偏转电场后 偏转量之比为q1 q2 4 带电粒子从偏转电场中射出时 末速度与初速度之间的夹角 偏向角 的正切值为tan 带电粒子位移与初速度之间的夹角 的正切值为tan 二者的关系为tan 2tan 3 示波管工作时 当水平和竖直偏转电极都加上电压时 在荧光屏上将出现怎样的图象 提示 通常情况下 在竖直偏转电极上加上要研究的信号电压 在水平偏转电极上加上扫描电压 如果二者的周期相同 在荧光屏上就会显示出信号电压随时间变化的波形图 教材资料分析 思考与讨论 上述问题中 两块金属板是平行的 两板间电场是匀强电场 如果两极板是其他形状 中间的电场不再均匀 上面的结果是否仍然适用 为什么 思考与讨论 如果在电极xx 之间不加电压 但在yy 之间加不变的电压 使y的电势比y 高 点拨 1 电子束受电场力的方向指向y板 电子打在荧光屏y轴的正半轴 上半轴 上的某点 电子束受电场力的方向指向x板 电子打在荧光屏x轴的正半轴 右半轴 上的某点 2 当电压变化很快时 亮斑移动很快 由于视觉暂留和荧光屏物质的残光特性 亮斑的移动看起来就成为一条与y轴重合的亮线 3 看到的图形是一条与y轴平行的亮线 若xx 之间的电压是 x正 x 负 则亮线在 象限 若xx 之间的电压是 x负 x 正 则亮线在 象限 4 作图如图所示 答案 bd 反思总结 该电场为非匀强电场 带电粒子在ab间的运动为变加速运动 不可能通过求加速度的途径解出该题 但注意到电场力做功w qu这一关系对匀强电场和非匀强电场都适用 因此从能量的观点入手 用动能定理来求解该题是非常简单的 跟踪发散 1 1 在匀强电场中 同一条电场线上有a b两点 有两个带电粒子先后由静止从a点出发并通过b点 若两粒子的质量之比为2 1 电荷量之比为4 1 忽略它们所受的重力 则它们由a点运动到b点所用时间的比值为 答案 a 如下图所示 一束电子从静止开始经加速电压u1加速后 以水平速度射入水平放置的两平行金属板中间 金属板长为l 两板距离为d 竖直放置的荧光屏距金属板右端为l 若在两金属板间加直流电压u2时 光点偏离中线 打在荧光屏上的p点 求op为多少 反思总结 1 方法1的求解流程为 确定加速后的速度v0 确定偏移y 确定偏角 确定op 需充分利用类平抛运动的位移关系 速度关系和几何关系 2 方法2的求解流程为 确定加速后的速度v0 确定偏移y 确定op 只需利用位移关系和几何关系即可 相对而言较简捷 跟踪发散 2 1 如下图所示 m n是竖直放置的两平行金属板 分别带等量异种电荷 两极间产生一个水平向右的匀强电场 场强为e 一质量为m 电荷量为 q的微粒 以初速度v0竖直向上从两极正中间的a点射入匀强电场中 微粒垂直打到n极上的c点 已知ab bc 不计空气阻力 则可知 a 微粒在电场中作抛物线运动b 微粒打到c点时的速率与射入电场时的速率相等c mn板间的电势差为2mv02 qd mn板间的电势差为ev02 2g 答案 b 1 如右图所示 在a板附近有一电子由静止开始向b板运动 则关于电子到达b板时的速率 下列解释正确的是 a 两板间距越大 加速的时间就越长 则获得的速率越大b 两板间距越小 加速的时间就越长 则获得的速度越大c 获得的速率大小与两板间的距离无关 仅与加速电压u有关d 两板间距离越小 加速的时间越短 则获得的速率越小 答案 c 2 如右图所示 竖直放置的一对平行金属板间的电势差为u1 水平放置的一对平行金属板间的电势差为u2 一电子由静止开始经u1加速后 进入水平放置的金属板间 刚好从下板边缘射出 不计电子重力 下列说法正确的是 a 增大u1 电子一定打在金属板上b 减小u1 电子一定打在金属板上c 减小u2 电子一定能从水平金属板间射出d 增大u2 电子一定能从水平金属板间射出 答案 bc 3 在空间中水平面mn的下方存在竖直向下的匀强电场 质量为m的带电小球由mn上方的a点以一定初速度水平抛出 从b点进入电场 到达c点时速度方向恰好水平 a b c三点在同一直线上 且ab 2bc 如图所示 由此可见 a 电场力为3mgb 小球带正电c 小球从a到b与从b到c的运动时间相等d 小球从a到b与从b到c的速度变化量相等 答案 ad 4 如右图所示 在点电荷 q的电场中有a b两点 将质子和 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 5 如右图所示 长