高二物理人教版選修3-1課件 第1章靜電場 第9節(jié)《帶電粒子在電場中的運動》

歡迎進入物理課堂 第九節(jié)帶電粒子在電場中的運動 學(xué)習(xí)目標 1 掌握帶電粒子在電場中加速和偏轉(zhuǎn)所遵循的規(guī)律 2 知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理 重點難點 應(yīng)用動力學(xué)的觀點和功能關(guān)系來分析帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)問題 易錯問題 何時考慮帶電粒子在電場中運動時的重力 一 帶電粒子1 帶電粒子 如電子 質(zhì)子等 由于質(zhì)量很小 重力靜電力 故重力可以忽略 2 帶電粒子在電場中運動的兩種最簡單的情況是加速和偏轉(zhuǎn) 遠小于 二 帶電粒子的加速如圖1 9 1所示 質(zhì)量為m 帶正電荷q的粒子 在靜電力作用下由靜止開始從正極板向負極板運動的過程中 圖1 9 1 1 靜電力對它做的功 W 2 帶電粒子到達負極板速率為v 它的動能為Ek mv2 3 由動能定理可知 可解出v 4 帶電粒子在非勻強電場中加速 上述結(jié)果仍適用 qU 三 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)1 進入電場的方式 以初速度v0垂直于電場線方向進入勻強電場 2 受力特點 電場力大小 且方向與初速度v0的方向 3 運動特點 做運動 與力學(xué)中的類似 不變 垂直 勻變速曲線 平拋運動 4 運動規(guī)律 如圖1 9 2所示 圖1 9 2 1 水平方向 速度 vx 位移 x l v0 v0t 2 豎直方向 速度 vy at 位移 3 偏轉(zhuǎn)角度 tan 四 示波管的原理1 構(gòu)造示波管是示波器的核心部件 外部是一個抽成真空的玻璃殼 內(nèi)部主要由 由發(fā)射電子的燈絲 加速電極組成 由偏轉(zhuǎn)電極XX 和偏轉(zhuǎn)電極YY 組成 和組成 如圖1 9 3所示 電子槍 偏轉(zhuǎn)電極 熒光屏 圖1 9 3 2 原理燈絲被電源加熱后 出現(xiàn)熱電子發(fā)射 發(fā)射出來的電子經(jīng)加速電場加速后 以很大的速度進入偏轉(zhuǎn)電場 如在電極YY 之間加一個 在XX 偏轉(zhuǎn)板上加一 在熒光屏上就會出現(xiàn)按YY 偏轉(zhuǎn)電壓規(guī)律變化的可視圖象 待顯示的信號電壓 儀器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓 一 帶電粒子的加速1 受力分析 因帶電粒子 電子 質(zhì)子 粒子 受到的重力遠遠小于電場力 所以討論帶電粒子在電場中運動的問題時可忽略重力 而帶電液滴 小球 塵埃則不可忽略重力 在分析這類問題時只需求電場力與重力的合力就可以了 2 處理方法 可以從動力學(xué)和功能關(guān)系兩個角度進行分析 其比較如下 1 對帶電粒子進行受力分析 運動特點分析 力做功情況分析是選擇規(guī)律解題的關(guān)鍵 2 選擇解題的方法是優(yōu)先從功能關(guān)系角度考慮 應(yīng)用功能關(guān)系列式簡單 方便 不易出錯 二 帶電粒子的偏轉(zhuǎn) 如圖1 9 4所示 圖1 9 4 1 基本關(guān)系 對帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題也可以選擇動能定理求解 但只能求出速度的大小 不能求出速度的方向 涉及到方向問題 必須采用把運動分解的方法 如圖1 9 5所示 在點電荷 Q的電場中有A B兩點 將質(zhì)子和 粒子分別從A點由靜止釋放 到達B點時 它們的速度大小之比是多少 例1 圖1 9 5 思路點撥 帶電粒子被加速 在勻強電場中做勻加速直線運動 在非勻強電場中做變速運動 解決問題的方法是利用動能定理 答案 1 1 2010年北京海淀區(qū)高二教學(xué)質(zhì)量檢測 圖1 9 6為示波管中電子槍的原理示意圖 示波管內(nèi)被抽成真空 A為發(fā)射熱電子的陰極 K為接在高電勢點的加速陽極 A K間電壓為U 電子離開陰極時的速度可以忽略 電子經(jīng)加速后從K的小孔中射出的速度大小為v 下面的說法中正確的是 圖1 9 6 如圖1 9 7所示 有一電子 電量為e 經(jīng)電壓U0加速后 進入兩塊間距為d 電壓為U的平行金屬板間 若電子從兩板正中間垂直電場方向射入 且正好能穿過電場 求 1 金屬板AB的長度 2 電子穿出電場時的動能 圖1 9 7 例2 2 設(shè)電子穿過電場時的動能為Ek 根據(jù)動能定理Ek 2 如圖1 9 8所示 A B為兩塊足夠大的相距為d的平行金屬板 接在電壓為U的電源上 在A板的中央P點放置一個電子發(fā)射源 可以向各個方向釋放電子 設(shè)電子的質(zhì)量為m 電荷量為e 射出的初速度為v 求電子打在B板上的區(qū)域面積 不計電子的重力 圖1 9 8 解析 打在最邊緣的電子 其初速度方向平行于金屬板 在電場中做類平拋運動 在垂直于電場方向做勻速運動 即r vt 在平行電場方向做初速度為零的勻加速運動 即d at2 2010年濟南市高二質(zhì)檢 如圖1 9 9所示 在水平向右的勻強電場中的A點 有一個質(zhì)量為m 帶電荷量為 q的油滴以速度v豎直向上運動 已知當(dāng)油滴經(jīng)過最高點B時 速度大小也為v 求 場強E的大小及A B兩點間的電勢差 圖1 9 9 例3 解析 油滴在重力和電場力兩個恒力作用下 從A向B運動 這一運動可以看成是豎直上拋運動和水平方向上初速度為零的勻加速直線運動的合運動 所以可以選擇有關(guān)運動學(xué)的知識和動能定理解題 根據(jù)分運動與合運動的等時性以及勻變速直線運動平均速度公式有 由動能定理得 qEx mgh 0 即 再由動能定理得 qUAB mgh 0 mgh mv2 所以 答案 見解析 題后反思 本題首先要體會關(guān)鍵詞 最高點B 的含義 既然是最高點 必然意味著豎直分速度為零 即小球只有水平速度v 這是解決此題的關(guān)鍵 然后 運用運動學(xué)公式和動能定理求解 3 如圖1 9 10所示 在距地面一定高度的位置以初速度v0向右水平拋出一個質(zhì)量為m 電荷量為q的帶負電小球 小球的落地點與拋出點之間有一段相應(yīng)的水平距離 水平射程 若在空間上加一豎直方向的勻強電場 使小球的水平射程變?yōu)樵瓉淼?求此電場的場強大小和方向 圖1 9 10 答案 方向豎直向上 1 關(guān)于帶電粒子 不計重力 在勻強電場中的運動情況 下列說法正確的是 A 一定是勻變速運動B 不可能做勻減速運動C 一定做曲線運動D 可能做勻變速直線運動 不可能做勻變速曲線運動 解析 選A 帶電粒子在勻強電場中受恒定合外力 電場力 作用 一定做勻變速運動 初速度與合外力共線時 做直線運動 不共線時做曲線運動 A對 B C D錯 2 如圖1 9 11所示 a b c表示點電荷的電場中三個等勢面 它們的電勢分別為 a U b U c U 一帶電粒子從等勢面a上某處由靜止釋放后 僅受電場力作用而運動 已知它經(jīng)過等勢面b時的速率為vb 則它經(jīng)過等勢面c時的速率為 圖1 9 11 3 如圖1 9 12所示是一個示波管工作的原理圖 電子經(jīng)過加速后以速度v0垂直進入偏轉(zhuǎn)電場 離開電場時偏轉(zhuǎn)量是h 兩平行板間距離為d 電勢差為U 板長為l 每單位電壓引起的偏移量 h U 叫示波器的靈敏度 若要提高其靈敏度 可采用下列哪種辦法 A 增大兩極板間的電壓B 盡可能使板長l做得短些C 盡可能使板間距離d減小些D 使電子入射速度v0大些 圖1 9 12 4 如圖1 9 13所示 氕 氘 氚的原子核自初速度為零經(jīng)同一電場加速后 又經(jīng)同一勻強電場偏轉(zhuǎn) 最后打在熒光屏上 那么 圖1 9 13 A 經(jīng)過加速電場過程 電場力對氚核做的功最多B 經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電場過程 電場力對三種核做的功一樣多C 三種原子核打在屏上時的速度一樣大D 三種原子核都打在屏上的同一位置上 5 如圖1 9 14所示 質(zhì)量為m 電荷量為e的電子 從A點以速度v0垂直場強方向射入勻強電場中 從B點射出電場時的速度方向與電場線成120 角 則A B兩點間的電勢差是多少 圖1 9 14 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全