高中物理人教版選修3-1 1.9 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

,歡迎進(jìn)入物理課堂,第九節(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),課標(biāo)解讀1.掌握帶電粒子在電場(chǎng)中加速和偏轉(zhuǎn)所遵循的規(guī)律2.知道示波器的主要構(gòu)造和工作原理3.學(xué)習(xí)運(yùn)用靜電力做功,電勢(shì)電勢(shì)差,等勢(shì)面等概念研究帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量轉(zhuǎn)化,課前自主學(xué)習(xí)一帶電粒子在電場(chǎng)中的加速1.常見(jiàn)帶電粒子及受力特點(diǎn)電子質(zhì)子粒子,離子等帶電粒子在電場(chǎng)中受到靜電力遠(yuǎn)大于重力,通常情況下,重力可以忽略,2.加速(1)帶電粒子以與電場(chǎng)線平行的初速度v0進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)帶電粒子做直線運(yùn)動(dòng),則(2)帶電粒子的初速度為零,經(jīng)過(guò)電勢(shì)差為U的電場(chǎng)加速后,二帶電粒子的偏轉(zhuǎn)1.進(jìn)入電場(chǎng)的方式:以初速度v0垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)2.受力特點(diǎn):電場(chǎng)力大小不變,且方向與初速度方向垂直3.運(yùn)動(dòng)特點(diǎn):做勻變速曲線運(yùn)動(dòng),與力學(xué)中平拋運(yùn)動(dòng)類(lèi)似,故稱(chēng)做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng).,4.運(yùn)動(dòng)規(guī)律(1)垂直電場(chǎng)方向,速度vx=v0,位移x=v0t(2)平行電場(chǎng)方向:速度vy=位移(3)偏轉(zhuǎn)角度tan=,三示波器的原理示波器的核心部件是示波管,示波管是真空管,主要由三部分組成,這三部分分別是電子槍偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏.示波器的基本原理是利用電子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn).,知識(shí)梳理圖,課堂互動(dòng)探究一帶電粒子的加速帶電粒子在電場(chǎng)中受到電場(chǎng)力作用,是否考慮粒子受到重力作用,要根據(jù)具體情況而定,一般說(shuō)來(lái),基本粒子,如:電子質(zhì)子粒子離子等除有說(shuō)明或有明確暗示以外,一般不考慮重力(但質(zhì)量不能忽略);帶電粒子:如液滴油滴塵埃小球等除說(shuō)明或明確暗示外,一般不能忽略重力.,1.運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析:帶電粒子沿電場(chǎng)線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng),受到的電場(chǎng)力與運(yùn)動(dòng)方向在同一直線上,做勻變速直線運(yùn)動(dòng).2.用功能觀點(diǎn)分析:粒子動(dòng)能的變化量等于電場(chǎng)力做的功,若粒子的初速度為零,則:qU=mv2若粒子初速度不為零,則:,二帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)1.運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析:帶電粒子以速度v0垂直于電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí),受到恒定的與初速度方向成90角的電場(chǎng)力作用而做勻變速曲線運(yùn)動(dòng).2.偏轉(zhuǎn)問(wèn)題的分析處理方法類(lèi)似于平拋運(yùn)動(dòng)的分析處理,應(yīng)用運(yùn)動(dòng)的合成和分解的方法:沿初速度方向?yàn)閯蛩僦本€運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)時(shí)間:,沿電場(chǎng)力方向?yàn)槌跛俣葹榱愕膭蚣铀俣戎本€運(yùn)動(dòng):離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏移量:離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角:tan=,3.推論:粒子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí),其速度反向延長(zhǎng)線與初速度方向交于一點(diǎn),此點(diǎn)平分沿初速度方向的位移.在下圖中,設(shè)帶電粒子質(zhì)量為m帶電量為q,以速度v0垂直于電場(chǎng)線射入勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),偏轉(zhuǎn)電壓為U1.若粒子飛出電場(chǎng)時(shí)偏角為,則tan=式中vy=at=vx=v0,代入得tan=,粒子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí)偏移量做粒子速度的反向延長(zhǎng)線,設(shè)交于O點(diǎn),O點(diǎn)與電場(chǎng)邊緣的距離為x,則由此O點(diǎn)平分了沿初速方向的位移式可知,粒子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí),就好像是從極板間l/2處沿直線射出似的.,說(shuō)明:此推論在解題時(shí)可直接應(yīng)用.,4.帶電粒子先經(jīng)加速電場(chǎng)(電壓U加)加速,又進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電壓(電壓U偏),射出偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)側(cè)移由以上分析可知:不同的帶電粒子(電性相同),若經(jīng)同一電場(chǎng)加速后,又進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),則它們的運(yùn)動(dòng)軌跡必然重合.,三示波管的原理如下圖所示為示波管的原理圖.,注意:管的內(nèi)部抽成真空.對(duì)示波管的分析有以下兩種情形1.偏轉(zhuǎn)電極不加電壓:從電子槍射出的電子將沿直線運(yùn)動(dòng),射到熒光屏的中心點(diǎn)形成一個(gè)亮斑.2.僅在XX(或YY)加電壓:(1)若所加電壓穩(wěn)定,則電子流被加速偏轉(zhuǎn)后射到XX或(YY)所在直線上某一點(diǎn),形成一個(gè)亮斑(不在中心),如下圖所示.,在上圖中,設(shè)加速電壓為U,偏轉(zhuǎn)電壓為U,電子電量為e,電子質(zhì)量為m,由W=Ek得eU=mv20.在電場(chǎng)中側(cè)移其中d為兩板的間距.水平方向t=.又tan=,由得熒光屏上的側(cè)移y=(L+)=tan(L+).,(2)若所加電壓按正弦函數(shù)規(guī)律變化,如U=Umsint,偏移也將按正弦規(guī)律變化,如x=xmsint或y=ymsint,則亮斑在水平方向或豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).說(shuō)明:當(dāng)電壓變化很快時(shí),亮斑移動(dòng)很快,由于視覺(jué)暫留和熒光物質(zhì)的殘光特性,亮斑的移動(dòng)看起來(lái)就成為一條水平或豎直的亮線.,典例分析一帶電粒子在電場(chǎng)中的加速例1:(2009天津高考)如圖所示,帶等量異號(hào)電荷的兩平行金屬板在真空中水平放置,MN為板間同一電場(chǎng)線上的兩點(diǎn),一帶電粒子(不計(jì)重力)以速度vm經(jīng)過(guò)M點(diǎn)在電場(chǎng)線上向下運(yùn)動(dòng),且未與下板接觸,一段時(shí)間后,粒子以速度vN折回N點(diǎn),則(),A.粒子受電場(chǎng)力的方向一定由M指向NB.粒子在M點(diǎn)的速度一定比在N點(diǎn)大C.粒子在M點(diǎn)的勢(shì)能一定比在N點(diǎn)大D.電場(chǎng)中M點(diǎn)的電勢(shì)一定高于N點(diǎn)的電勢(shì),解析:根據(jù)題意可知帶電粒子受到向上的電場(chǎng)力,故A選項(xiàng)錯(cuò)誤;由M到N電場(chǎng)力做負(fù)功,粒子電勢(shì)能增加,C選項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)動(dòng)能定理:W=mvn2-mv2m.由題意知W<0即vn0,E>0解析:小球由a到b的過(guò)程,位置升高,重力勢(shì)能增加E1>0,電場(chǎng)力做正功,電勢(shì)能減小.E2<0,動(dòng)能重力勢(shì)能電勢(shì)能三種形式的能相互轉(zhuǎn)化,動(dòng)能由零增加到某一值,所以重力勢(shì)能和電勢(shì)能的和必減少,故E<0,C選項(xiàng)正確.答案:C,10.如圖所示,電子在電勢(shì)差為U1的加速電場(chǎng)中由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),然后射入電勢(shì)差為U2的兩塊平行極板間的電場(chǎng)中,入射方向跟極板平行,整個(gè)裝置處在真空中,重力可忽略,在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下,下述四種情況下,一定能使電子的偏移量y變大的是()A.U1變大,U2變大B.U1變小,U2變大C.U1變大,U2變小D.U1變小,U2變小,答案:B,11.如下圖所示,一個(gè)電子以4106m/s的速度沿與電場(chǎng)垂直的方向從A點(diǎn)飛進(jìn)勻強(qiáng)電場(chǎng),并且從另一端B點(diǎn)沿與場(chǎng)強(qiáng)方向成150角方向飛出,那么,AB兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為多少伏?(電子的質(zhì)量為9.110-31kg),解析:電子在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),即達(dá)B點(diǎn)時(shí),水平分速度仍為vA,則vB=vA/cos60=2vA,由動(dòng)能定理:-eUAB=mv2B-mv2A.解得UAB=-1.4102V.,答案:-1.4102V,12.如圖所示,AB兩個(gè)帶電離子(不計(jì)重力),qA:qB=3:1,它們以相同的初速度垂直于場(chǎng)強(qiáng)方向進(jìn)入,A粒子落在N板中心,B粒子落在N板的邊緣.求:,(1)AB兩粒子的質(zhì)量之比;(2)AB兩粒子的動(dòng)能增量之比;(3)AB兩粒子的動(dòng)量增量之比.解析:對(duì)此類(lèi)綜合題,應(yīng)靈活運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,動(dòng)能定理及動(dòng)量定理來(lái)巧妙處理.,答案:(1)3:4(2)3:1(3)3:2,13.如圖所示,兩塊與水平方向成角的平行金屬板長(zhǎng)均為l,正對(duì)放置,帶等量異種電荷,有一質(zhì)量為m,帶電荷量為+q的微粒從金屬板的A端以速度v0沿水平方向進(jìn)入兩板之間,并沿直線從金屬板D端射出,試求兩板間的電壓是多少?帶電微粒從D點(diǎn)射出時(shí)的速度為多大?,解析:分析帶電微粒受力,由題意可知其受力如圖所示,同學(xué)們,來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全,