帶電粒子在電場中的加速PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1帶電粒子在電場中的加速帶電粒子在電場中的加速第1頁/共40頁解決帶電粒子在電場中運(yùn)動的基本思路：解決帶電粒子在電場中運(yùn)動的基本思路：1 1明確研究對象，受力分析明確研究對象，受力分析研究對象有兩種：研究對象有兩種： 基本粒子：如電子、質(zhì)子、基本粒子：如電子、質(zhì)子、 粒子、正負(fù)離子等粒子、正負(fù)離子等，受到的靜電力一般，受到的靜電力一般遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于重力，通常情況下都不考重力，通常情況下都不考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。 帶電微粒：如帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃帶電小球、液滴、塵埃等，一般都等，一般都考慮重力。考慮重力。2 2帶電粒子在電場中加速、減速帶電

2、粒子在電場中加速、減速 先受力分析（重力、先受力分析（重力、電場力電場力、彈力、摩擦力）、彈力、摩擦力） 再進(jìn)行運(yùn)動過程分析再進(jìn)行運(yùn)動過程分析 選擇恰當(dāng)規(guī)律解題選擇恰當(dāng)規(guī)律解題第2頁/共40頁0,第3頁/共40頁 在真空中的一對平行金屬板，兩板間的電勢差為在真空中的一對平行金屬板，兩板間的電勢差為U，一個質(zhì)量為，一個質(zhì)量為m，帶電量，帶電量e的電子，由靜止開始運(yùn)動的電子，由靜止開始運(yùn)動,計計算從負(fù)極板運(yùn)動到正極板時的速度。算從負(fù)極板運(yùn)動到正極板時的速度。 mgUF第4頁/共40頁第5頁/共40頁A第6頁/共40頁CqEmg第7頁/共40頁mgqE解：解：(1)微粒受重力和電場力微粒受重力和電場

3、力 的合力作用，沿的合力作用，沿AB做勻減做勻減 速直線運(yùn)動速直線運(yùn)動第8頁/共40頁第9頁/共40頁ADmgqE第10頁/共40頁第11頁/共40頁0t/sv0.040.02第12頁/共40頁當(dāng)堂達(dá)標(biāo)答案當(dāng)堂達(dá)標(biāo)答案題號1234567答案DABC CCAAD第13頁/共40頁第14頁/共40頁3如圖所示,足夠長的兩平行金屬板正對豎直放置，它們通過導(dǎo)線與電源E、定值電阻R、開關(guān)S相連閉合開關(guān)后,一個帶電的液滴從兩板上端的中點(diǎn)處無初速度釋放,最終液滴落在某一金屬板上下列說法中正確的是A液滴在兩板間運(yùn)動的軌跡是一條拋物線B電源電動勢越大，液滴在板間運(yùn)動的加速度越大C電源電動勢越大，液滴在板間運(yùn)動的

4、時間越短D定值電阻的阻值越大，液滴在板間運(yùn)動的時間越長BDmgqE分析方法：運(yùn)動的分解分析方法：運(yùn)動的分解第15頁/共40頁圖甲A第16頁/共40頁第17頁/共40頁解：對全過程應(yīng)用動能定理，解：對全過程應(yīng)用動能定理， 得得 mg(h+d)-qUmin=0 解得：解得：Umin=第18頁/共40頁第19頁/共40頁第20頁/共40頁實驗表明，熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在熾實驗表明，熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在熾熱金屬絲和金屬板間加以電壓熱金屬絲和金屬板間加以電壓U=2500V，從熾，從熾熱金屬絲發(fā)射出的電子在真空中被加速后，從熱金屬絲發(fā)射出的電子在真空中被加速后，從金屬板的小孔穿出。如圖所示，

5、電子穿出后的金屬板的小孔穿出。如圖所示，電子穿出后的速度有多大？速度有多大？設(shè)電子剛從金屬絲射出時的速度設(shè)電子剛從金屬絲射出時的速度為零。為零。第21頁/共40頁如圖所示，在如圖所示，在P板附近有一電子由靜止開始向板附近有一電子由靜止開始向Q板運(yùn)動，則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動情況，板運(yùn)動，則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動情況，下列敘述正確的是：下列敘述正確的是：( )A.兩板間距越大，加速的時間越長兩板間距越大，加速的時間越長B.兩板間距離越小，加速度就越大兩板間距離越小，加速度就越大， 則電子到達(dá)則電子到達(dá)Q板時的板時的速度就越大速度就越大C.電子到達(dá)電子到達(dá)Q板時的速度與板間距板時的速度與板間距離無

6、關(guān)，僅與加速電壓有關(guān)離無關(guān)，僅與加速電壓有關(guān)D.電子的加速度和末速度都與板間電子的加速度和末速度都與板間距離無關(guān)距離無關(guān)UPQFAC第22頁/共40頁 如圖所示，如圖所示，A、B為平行金屬板，兩板相距為平行金屬板，兩板相距d，分，分別與電源兩極相連，兩板的中央各有一個小孔別與電源兩極相連，兩板的中央各有一個小孔M、N。今有一帶電質(zhì)點(diǎn)，自。今有一帶電質(zhì)點(diǎn)，自A板上方相距為板上方相距為d的的P點(diǎn)由靜止點(diǎn)由靜止自由下落（自由下落（P、M、N在同一豎直線上），空氣阻力在同一豎直線上），空氣阻力不計，到達(dá)不計，到達(dá)N孔時速度恰好為零，然后沿原路返回，孔時速度恰好為零，然后沿原路返回，若保持兩板板間的電壓

7、不變，則若保持兩板板間的電壓不變，則vA、把、把A板向上平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)板向上平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)自自P點(diǎn)自由下落仍能返回點(diǎn)自由下落仍能返回vB、把、把A板向下平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)板向下平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)自自P點(diǎn)自由下落后將穿過點(diǎn)自由下落后將穿過N孔繼續(xù)下落孔繼續(xù)下落vC、把、把B板向上平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)板向上平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)自自P點(diǎn)自由下落仍能返回點(diǎn)自由下落仍能返回vD、把、把B板向下平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)板向下平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)自自P點(diǎn)自由下落后將穿過點(diǎn)自由下落后將穿過N孔繼續(xù)下落孔繼續(xù)下落PMNABdd第23頁/共40頁P(yáng)MNABddmgEqmg從從P到到N的過程中的過程中由

8、動能定理得：由動能定理得：mg2d-Eqd=0mg2d-Uq=0 當(dāng)當(dāng)A板下移，從板下移，從P到到N的過程中，同理的過程中，同理 質(zhì)點(diǎn)到質(zhì)點(diǎn)到N點(diǎn)時，速度點(diǎn)時，速度剛好為零。剛好為零。vB、把、把A板向下平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)自板向下平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)點(diǎn)v自由下落后將穿過自由下落后將穿過N孔繼續(xù)下落孔繼續(xù)下落所以，仍能返回所以，仍能返回第24頁/共40頁P(yáng)MNABdd從從P到到N的過程中的過程中由動能定理得：由動能定理得：hmg(2d+h)mvN212-Uq=-0vN0將穿過將穿過N孔繼續(xù)下落孔繼續(xù)下落D、把、把B板向下平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)自板向下平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)自由下點(diǎn)自由下

9、落后將穿過落后將穿過N孔繼續(xù)下落孔繼續(xù)下落v答案：答案：ACD第25頁/共40頁BAt/ s UB / v0U0-U0第26頁/共40頁F=Eq=U0q/dF=maa= U0q/mdBAt/ s U/ v0U0-U0t/ s 0a0-a0a/ m/s2t/ s0v0-v0v/ m/s 若電子是在若電子是在t0時刻進(jìn)入的時刻進(jìn)入的第27頁/共40頁Tt / s U/ v0U0-U0T/22T3T/2Tt / s 0T/22T3T/2a/ m/s2a0-a0T0T/22T3T/2t / sv0-v0 若電子是在若電子是在t T/8時刻進(jìn)入的時刻進(jìn)入的v / m/s第28頁/共40頁Tt / s U

10、/ v0U0-U0T/22T3T/2Tt / s 0T/22T3T/2a/ m/s2a0-a0T0T/22T3T/2t / sv0-v0 若電子是在若電子是在t T/4時刻進(jìn)入的時刻進(jìn)入的v / m/s第29頁/共40頁Tt / s U/ v0U0-U0T/22T3T/2Tt / s 0T/22T3T/2a/ m/s2a0-a0T0T/22T3T/2t / sv0-v0 若電子是在若電子是在t 3T/8時刻進(jìn)入的時刻進(jìn)入的v / m/s第30頁/共40頁第31頁/共40頁AB 兩個相距為兩個相距為d 的平行金屬板的平行金屬板,有正對著的兩小孔有正對著的兩小孔A、B,如圖甲所示如圖甲所示,兩板間

11、加如圖乙所示的交變電壓兩板間加如圖乙所示的交變電壓, 一質(zhì)量為一質(zhì)量為m,帶電量為帶電量為+q 的帶電粒子的帶電粒子,在在t =0時刻在時刻在A孔處無初速釋放孔處無初速釋放,試試判斷帶電粒子能否穿過判斷帶電粒子能否穿過B孔？（孔？（ t=0時刻時刻A板電勢高）板電勢高）甲圖甲圖U/vt/su-u乙圖乙圖TT/2請畫出粒子運(yùn)動的請畫出粒子運(yùn)動的 v-t 圖線圖線.第32頁/共40頁AB甲圖甲圖u /vt/s-U乙圖乙圖T2Tt/s00v/m/sUT2T丙圖丙圖問題：問題：為使帶電粒子到達(dá)為使帶電粒子到達(dá)B孔時速度最大，孔時速度最大， A、B間距應(yīng)滿足什么條間距應(yīng)滿足什么條件？件？ 畫出速度圖線能

12、畫出速度圖線能更清楚了解物體的更清楚了解物體的運(yùn)動情況運(yùn)動情況 要使帶電粒子到達(dá)要使帶電粒子到達(dá)B點(diǎn)時速度點(diǎn)時速度 最最大，必須從大，必須從A到到B一直加速，即在一直加速，即在 半個周期內(nèi)半個周期內(nèi) 到達(dá)到達(dá).解：設(shè)帶電粒子在半個周期內(nèi)的位移為解：設(shè)帶電粒子在半個周期內(nèi)的位移為S由題意知：只要由題意知：只要 Sd , 粒子出電場時速度粒子出電場時速度可達(dá)最大可達(dá)最大. 有：有：TmqUddTmdqU8222第33頁/共40頁問題：從問題：從v-t圖上看，圖上看，在在t=(2n+1)T/2時刻粒時刻粒子速度最大，是否本子速度最大，是否本題有系列解？題有系列解？用用W12=qU12計算電場力的功計

13、算電場力的功時時,要注意要注意W12和和U12的對應(yīng)關(guān)系的對應(yīng)關(guān)系.B甲圖甲圖t/s-U乙圖乙圖T2Tt/s00v/m/sUT2T丙圖丙圖第34頁/共40頁T2Tu /vt/s-U乙圖乙圖0Uv/m/st/s0丙圖丙圖例例3:兩個相距為兩個相距為d的平行金屬板的平行金屬板,有正對著的兩小孔有正對著的兩小孔A、B,如圖甲所示如圖甲所示,兩板間加如圖乙所示的交變電壓兩板間加如圖乙所示的交變電壓, 一質(zhì)量為一質(zhì)量為m,帶電量為帶電量為+q的帶電粒子的帶電粒子,在在t =T/4時刻在時刻在A孔處無初速釋放孔處無初速釋放,試判斷帶電粒子能否穿過試判斷帶電粒子能否穿過B孔？（孔？（ t=0時刻時刻A板電勢

14、高）板電勢高）AB甲圖甲圖答：粒子在答：粒子在t=T/4時刻時刻釋放，如果在運(yùn)動的釋放，如果在運(yùn)動的第一個第一個T/2內(nèi)沒有通過內(nèi)沒有通過B孔孔,則就不能通過則就不能通過B孔孔. 不論不論A、B間距離間距離多多大，問帶電粒子何時大，問帶電粒子何時釋放，帶電粒子一定釋放，帶電粒子一定能通過能通過B孔孔？帶電粒子在帶電粒子在T/4前釋放，前釋放，一定能通過一定能通過B孔孔.第35頁/共40頁 例例4:兩個相距為兩個相距為d=1.5 m的平行金屬板的平行金屬板,有正對著的兩小孔有正對著的兩小孔A、B,如圖甲所示如圖甲所示,兩板間加如圖乙所示的交變電壓兩板間加如圖乙所示的交變電壓,u=1.08104V

15、,交交變電壓的周期變電壓的周期T=1.0106s, t=0時刻時刻A板電勢高，一質(zhì)量為板電勢高，一質(zhì)量為m,帶電量為帶電量為+q的帶電粒子的帶電粒子,在在t=T/6時刻在時刻在A孔處無初速釋放孔處無初速釋放,帶電帶電粒子比荷粒子比荷q/m=1.0108C/kg,問問: 粒子運(yùn)動過程中將與某一極板相碰撞粒子運(yùn)動過程中將與某一極板相碰撞,求從開始運(yùn)動到粒子求從開始運(yùn)動到粒子與極板碰撞所用時間與極板碰撞所用時間.AB甲圖甲圖U/vt/su-u乙圖乙圖TT/2第36頁/共40頁t/sU-UTT/2T/67T/6t/s v/m/s0ABT/3T/3T/3粒子在粒子在T/2時刻時刻(即運(yùn)動了即運(yùn)動了T/3

16、時間時間)速度速度 v=aT/3=2.4105m/s 向右位移向右位移s=(v/2) 2T/3=8102m簡解：簡解：a= qU/dm =7.21011m/s2 粒子在運(yùn)動的一個周期內(nèi)粒子在運(yùn)動的一個周期內(nèi)向右運(yùn)動向右運(yùn)動8102m 然后再向左運(yùn)動然后再向左運(yùn)動2102m 所以在一個周期內(nèi)粒子位所以在一個周期內(nèi)粒子位移向右移向右,為為x=610-2m粒子在粒子在T時刻時刻(即運(yùn)動了即運(yùn)動了5T/6時間時間)速度速度 v=aT/6=1.2105m/s 反向位移反向位移s=(v/2) T/3=2102m是否是否TTt251065 . 12=2.510-5s第37頁/共40頁粒子在粒子在24個周期內(nèi)運(yùn)動的位移個周期內(nèi)運(yùn)動的位移246102m=1.44 m粒子在粒子在24個周期內(nèi)向右運(yùn)動的最大個周期內(nèi)向右運(yùn)動的最大 距離距離為為236 102m 8 102m=1.46m 所以第所以第25個周期內(nèi)個周期內(nèi),粒子只要向右運(yùn)動粒子只要向右運(yùn)動0.06m 就通過就通過B孔孔 AB1.44 mt/s v0s s