高中物理 第一章 靜電場 第11講 帶電粒子在電場中的運(yùn)動課件 新人教版選修31.ppt

第一章靜電場 第11講帶電粒子在電場中的運(yùn)動 1 會從力和能量角度分析計算帶電粒子在電場中加速和偏轉(zhuǎn)的有關(guān)問題 2 知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理 目標(biāo)定位 二 帶電粒子的偏轉(zhuǎn) 三 示波管的原理 欄目索引 一 帶電粒子的加速 對點(diǎn)檢測自查自糾 一 帶電粒子的加速 如圖1所示 初速度為零 質(zhì)量為m 帶電荷量為q的帶正電粒子 由靜止開始從正極板通過電勢差為u的電場到達(dá)負(fù)極板 求其速度時可根據(jù) mv2 得v 圖1 qu 答案 知識梳理 深度思考 1 若上述粒子從兩極板的中點(diǎn)由靜止開始運(yùn)動到負(fù)極板 則粒子到達(dá)負(fù)極板的速度是多少 2 若上述粒子以速度v0從正極板運(yùn)動到負(fù)極板 其速度又是多少 答案 典例精析 例1如圖2所示 m和n是勻強(qiáng)電場中的兩個等勢面 相距為d 電勢差為u 一質(zhì)量為m 不計重力 電荷量為 q的粒子 以速度v0通過等勢面m射入兩等勢面之間 則該粒子穿過等勢面n的速度應(yīng)是 圖2 c 解析答案 總結(jié)提升 總結(jié)提升 1 兩類帶電體 1 基本粒子 如電子 質(zhì)子 粒子 離子等 除特殊說明外 一般忽略粒子的重力 但并不忽略質(zhì)量 2 帶電微粒 如液滴 油滴 塵埃 小球等 除特殊說明外 一般不忽略重力 2 處理加速問題的分析方法 1 根據(jù)帶電粒子所受的力 用牛頓第二定律求出加速度 結(jié)合運(yùn)動學(xué)公式確定帶電粒子的速度 位移等 總結(jié)提升 2 一般應(yīng)用動能定理來處理問題 若帶電粒子只受電場力作用 返回 針對訓(xùn)練1如圖3所示 兩平行的帶電金屬板水平放置 若在兩板中間a點(diǎn)從靜止釋放一帶電微粒 微粒恰好保持靜止?fàn)顟B(tài) 現(xiàn)將兩板繞過a點(diǎn)的軸 垂直于紙面 逆時針旋轉(zhuǎn)45 再由a點(diǎn)從靜止釋放一同樣的微粒 該微粒將 a 保持靜止?fàn)顟B(tài)b 向左上方做勻加速運(yùn)動c 向正下方做勻加速運(yùn)動d 向左下方做勻加速運(yùn)動 圖3 d 解析兩平行金屬板水平放置時 帶電微粒靜止有mg qe 現(xiàn)將兩板繞過a點(diǎn)的軸 垂直于紙面 逆時針旋轉(zhuǎn)45 后 兩板間電場強(qiáng)度方向逆時針旋轉(zhuǎn)45 電場力方向也逆時針旋轉(zhuǎn)45 但大小不變 此時電場力和重力的合力大小恒定 方向指向左下方 故該微粒將向左下方做勻加速運(yùn)動 選項(xiàng)d正確 解析答案 知識梳理 二 帶電粒子的偏轉(zhuǎn) 如圖4甲所示 質(zhì)量為m 電荷量為q的粒子 以初速度v0垂直于電場方向進(jìn)入兩平行板間場強(qiáng)為e的勻強(qiáng)電場 極板間距離為d 兩極板間電勢差為u 板長為l 圖4 1 運(yùn)動性質(zhì) 1 沿初速度方向 做速度為的運(yùn)動 2 沿電場力方向 做初速度為 加速度為a 的勻加速直線運(yùn)動 v0 勻速直線 零 2 運(yùn)動規(guī)律 1 偏轉(zhuǎn)距離 由t a 所以y at2 2 偏轉(zhuǎn)角度 因?yàn)関y at 所以tan 答案 3 結(jié)論 如圖乙所示 粒子射出電場時速度方向的反向延長線過水平位移的中點(diǎn) 即粒子就像是從極板間處射出的一樣 深度思考 質(zhì)子和 粒子由靜止經(jīng)同一電場加速后再垂直進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場 它們離開偏轉(zhuǎn)電場時偏移量相同嗎 為什么 答案相同 若加速電場的電壓為u0 有 即偏移量與m q均無關(guān) 答案 典例精析 例2一束電子流在經(jīng)u 5000v的加速電壓加速后 在距兩極板等距離處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場 如圖5所示 若兩板間距離d 1 0cm 板長l 5 0cm 那么 要使電子能從平行板間飛出 兩個極板上最大能加多大電壓 圖5 解析答案 解析加速過程中 由動能定理有 進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場 電子在平行于板面的方向上做勻速直線運(yùn)動l v0t在垂直于板面的方向電子做勻加速直線運(yùn)動 解析答案 即要使電子能飛出 兩極板上所加電壓最大為400v 答案400v 針對訓(xùn)練2裝置如例2 如果質(zhì)子經(jīng)同一加速電壓加速 u 5000v 但加速電場方向與例2相反 如圖6 從同一位置垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)電場 d 1 0cm l 5 0cm 偏轉(zhuǎn)電壓u 400v 質(zhì)子能飛出電場嗎 如果能 偏移量是多大 圖6 返回 解析答案 總結(jié)提升 在偏轉(zhuǎn)電場 l v0t 即質(zhì)子恰好從板的右邊緣飛出 答案能0 5cm 總結(jié)提升 返回 總結(jié)提升 無論粒子的質(zhì)量m 電荷量q如何 只要經(jīng)過同一電場u1加速 再垂直進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場u2 它們飛出的偏移量y相同 y 偏轉(zhuǎn)角 tan 自己證明 也相同 所以同性粒子運(yùn)動軌跡完全重合 三 示波管的原理 知識梳理 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 由一對x偏轉(zhuǎn)電極板和一對y偏轉(zhuǎn)電極板組成 和組成 如圖7所示 圖7 電子槍 偏轉(zhuǎn)電極 熒光屏 答案 2 原理 1 掃描電壓 xx 偏轉(zhuǎn)電極接入的是由儀器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓 2 燈絲被電源加熱后 發(fā)射出來的電子經(jīng)加速電場加速后 以很大的速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場 如在y偏轉(zhuǎn)電極板上加一個電壓 在x偏轉(zhuǎn)電極板上加一周期的掃描電壓 在熒光屏上就會出現(xiàn)按y偏轉(zhuǎn)電壓規(guī)律變化的可視圖象 發(fā)射熱電子 信號 相同 答案 深度思考 示波管熒光屏上的亮線是怎樣產(chǎn)生的 所加的掃描電壓和信號電壓的周期要滿足什么條件才能得到待測信號在一個周期內(nèi)的穩(wěn)定圖象 答案電子打在熒光屏上將出現(xiàn)一個亮點(diǎn) 若電子打在熒光屏上的位置快速移動 由于視覺暫留效應(yīng) 能在熒光屏上看到一條亮線 所加的掃描電壓和信號電壓的周期相等才能得到待測信號在一個周期內(nèi)的穩(wěn)定圖象 答案 典例精析 例3示波管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8甲所示 如果在偏轉(zhuǎn)電極xx yy 之間都沒有加電壓 電子束將打在熒光屏中心 如果在偏轉(zhuǎn)電極xx 之間和yy 之間加上圖丙所示的幾種電壓 熒光屏上可能會出現(xiàn)圖乙中 a b 所示的兩種波形 則 圖8 a 若xx 和yy 分別加電壓 3 和 1 熒光屏上可以出現(xiàn)圖乙中 a 所示波形b 若xx 和yy 分別加電壓 4 和 1 熒光屏上可以出現(xiàn)圖乙中 a 所示波形c 若xx 和yy 分別加電壓 3 和 2 熒光屏上可以出現(xiàn)圖乙中 b 所示波形d 若xx 和yy 分別加電壓 4 和 2 熒光屏上可以出現(xiàn)圖乙中 b 所示波形 返回 解析答案 解析若xx 和yy 分別加電壓 3 和 1 則橫軸自左向右移動 縱軸則按正弦規(guī)律變化 熒光屏上可以出現(xiàn)如圖 a 所示波形 a對 若xx 和yy 分別加電壓 4 和 1 則橫軸不變 即波形只在縱軸上 不管縱軸上面波形如何變化始終只能在橫軸出現(xiàn)一條線 a b 都不可能出現(xiàn) b錯 若xx 和yy 分別加電壓 4 和 2 同理 d錯 若xx 和yy 分別加電壓 3 和 2 則橫軸自原點(diǎn)先向正方向運(yùn)動后返回向負(fù)方向運(yùn)動 到負(fù)方向一定位置后又返回 縱軸則先為負(fù)的定值后為正的定值 熒光屏上可以出現(xiàn)如圖 b 所示波形 c對 答案ac 返回 對點(diǎn)檢測自查自糾 1 2 3 4 1 帶電粒子的直線運(yùn)動 多選 如圖9所示 電子由靜止開始從a板向b板運(yùn)動 當(dāng)?shù)竭_(dá)b極板時速度為v 保持兩板間電壓不變 則 a 當(dāng)增大兩板間距離時 v增大b 當(dāng)減小兩板間距離時 v增大c 當(dāng)改變兩板間距離時 v不變d 當(dāng)增大兩板間距離時 電子在兩板間運(yùn)動的時間也增大 圖9 解析答案 1 2 3 4 解析根據(jù)動能定理研究電子由靜止開始從a板向b板運(yùn)動列出等式 所以當(dāng)改變兩板間距離時 v不變 故a b錯誤 c正確 由于兩極板之間的電壓不變 所以極板之間的場強(qiáng)為 電子在電場中一直做勻加速直線運(yùn)動 解析答案 1 2 3 4 由此可見 當(dāng)增大兩板間距離時 電子在兩板間的運(yùn)動時間增大 故d正確 故選c d 答案cd 1 2 3 4 2 帶電粒子的偏轉(zhuǎn) 如圖10所示 有一帶電粒子貼著a板沿水平方向射入勻強(qiáng)電場 當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為u1時 帶電粒子沿 軌跡從兩板正中間飛出 當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為u2時 帶電粒子沿 軌跡落到b板中間 設(shè)粒子兩次射入電場的水平速度相同 則兩次偏轉(zhuǎn)電壓之比為 a u1 u2 1 8b u1 u2 1 4c u1 u2 1 2d u1 u2 1 1 圖10 a 解析答案 1 2 3 4 3 對示波管原理的認(rèn)識 如圖11是示波管的原理圖 它由電子槍 偏轉(zhuǎn)電極 xx 和yy 熒光屏組成 管內(nèi)抽成真空 給電子槍通電后 如果在偏轉(zhuǎn)電極xx 和yy 上都沒有加電壓 電子束將打在熒光屏的中心o點(diǎn) 圖11 1 2 3 4 1 帶電粒子在 區(qū)域是加速的 在 區(qū)域是偏轉(zhuǎn)的 2 如果在熒光屏上p點(diǎn)出現(xiàn)亮斑 那么示波管中的 a 極板x應(yīng)帶正電b 極板x 應(yīng)帶正電c 極板y應(yīng)帶正電d 極板y 應(yīng)帶正電 ac 答案 1 2 3 4 4 帶電粒子的偏轉(zhuǎn) 如圖12為一真空示波管的示意圖 電子從燈絲k發(fā)出 初速度可忽略不計 經(jīng)燈絲與a板間的電壓u1加速 從a板中心孔沿中心線ko射出 然后進(jìn)入兩塊平行金屬板m n形成的偏轉(zhuǎn)電場中 偏轉(zhuǎn)電場可視為勻強(qiáng)電場 電子進(jìn)入m n間電場時的速度與電場方向垂直 電子經(jīng)過電場后打在熒光屏上的p點(diǎn) 已知m n兩板間的電壓為u2 兩板間的距離為d 板長為l 電子的質(zhì)量為m 電荷量為e 不計電子受到的重力及它們之間的相互作用力 圖12 1 2 3 4 1 求電子穿過a板時速度的大小 解析答案 1 2 3 4 2 求電子從