帶電粒子在電場中加速分享資料

1、.1 帶電粒子在電場中的直線運動 東平高級中學(xué)東平高級中學(xué).2帶電粒子在電場中的運動有三種情況：帶電粒子在電場中的運動有三種情況：v靜止靜止v直線運動（如勻速直線和變速直直線運動（如勻速直線和變速直線）線）v曲線運動（如平拋、圓周運動）曲線運動（如平拋、圓周運動）.3解決帶電粒子在電場中運動的基本思路：解決帶電粒子在電場中運動的基本思路：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、正負離子等，粒子、正負離子等，受到的靜電力一般受到的靜電力一般遠大于遠大于重力，通常情況下都不考慮重力，通常情況下都不考

2、慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。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?？紤]重力。2 2帶電粒子在電場中加速、減速帶電粒子在電場中加速、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） 再進行運動過程分析再進行運動過程分析 選擇恰當(dāng)規(guī)律解題選擇恰當(dāng)規(guī)律解題.4解決帶電粒子在電場中運動的基本思路：解決帶電粒子在電場中運動的基本思路：3 3運動軌跡和過程分析運動軌跡和過程分析 帶電粒子運動形式?jīng)Q定于：粒子的受力情況帶電粒子運動形式?jīng)Q定于：粒子的受力情況和初速度情況和初速度情況4

3、4解題的依據(jù)解題的依據(jù) 力的觀點：牛頓運動定律和運動學(xué)公式力的觀點：牛頓運動定律和運動學(xué)公式 能的觀點：動能定理、能量守恒定律能的觀點：動能定理、能量守恒定律 例如：例如：若質(zhì)量為若質(zhì)量為m、電荷量為、電荷量為q的帶電粒子初速度為零，經(jīng)過電的帶電粒子初速度為零，經(jīng)過電勢差為勢差為U的加速電場，由動能定理得，的加速電場，由動能定理得， v= ； 若初速度為若初速度為v0,則則v=.5 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，由靜止開始運動的電子，由靜止開始運動,計算計算從負極板運動到正極板時的速度。從

4、負極板運動到正極板時的速度。 mgUF.6例例1如圖所示，在點電荷如圖所示，在點電荷+Q的電場中有的電場中有A、B兩點，兩點，將質(zhì)子和將質(zhì)子和粒子分別從粒子分別從A點由靜止釋放，到達點由靜止釋放，到達B點時點時它們速度大小之比為多少？它們速度大小之比為多少？.7當(dāng)堂達標(biāo)：當(dāng)堂達標(biāo)：A.8 跟蹤訓(xùn)練跟蹤訓(xùn)練1. 如圖所示，在勻強電場E中，一帶電粒子q的初速度0恰與電場線方向相同，則帶電粒子q在開始運動后，將( ) A沿電場線方向做勻加速直線運動 B沿電場線方向做變加速直線運動 C沿電場線方向做勻減速直線運動 D偏離電場線方向做曲線運動CqEmg.9mgqE解：解：(1)微粒受重力和電場力微粒受重

5、力和電場力 的合力作用，沿的合力作用，沿AB做勻減做勻減 速直線運動速直線運動.10.11跟蹤訓(xùn)練跟蹤訓(xùn)練2如圖所示，兩塊長均為L的平行金屬板M、N與水平面成角放置在同一豎直平面，充電后板間有勻強電場。一個質(zhì)量為m、帶電量為q的液滴沿垂直于電場線方向射入電場，并沿虛線通過電場。下列判斷中正確的是( ) A.電場強度的大小Emgcos/q B.電場強度的大小Emgtan/q C.液滴離開電場時的動能增量為-mgLtan D.液滴離開電場時的動能增量為-mgLsin ADmgqE.12.130t/sv0.040.02.14當(dāng)堂達標(biāo)答案當(dāng)堂達標(biāo)答案題號1234567答案DABC CCAAD.15.1

6、63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液滴在兩板間運動的軌跡是一條拋物線B電源電動勢越大，液滴在板間運動的加速度越大C電源電動勢越大，液滴在板間運動的時間越短D定值電阻的阻值越大，液滴在板間運動的時間越長BDmgqE分析方法：運動的分解分析方法：運動的分解.176. 有一個電子原來靜止于平行板電容器的中間，設(shè)兩有一個電子原來靜止于平行板電容器的中間，設(shè)兩板的距離足夠大，今在板的距離足夠大，今在t=0開始在兩板間加一個交變電開始在兩板間加一個

7、交變電壓，使得該電子在開始一段時間內(nèi)的運動的壓，使得該電子在開始一段時間內(nèi)的運動的vt圖線圖線如圖甲所示，則該交變電壓可能是圖乙中的哪些？如圖甲所示，則該交變電壓可能是圖乙中的哪些？圖甲A.18 7如圖甲所示，平行金屬板中央有一個靜止的電子(不計重力)，兩板間距離足夠大當(dāng)兩板間加上如圖乙所示的交變電壓后，在下圖中，反映電子速度v、位移x和加速度a三個物理量隨時間t的變化規(guī)律可能正確的是.198、如圖所示,水平放置的A、B兩平行金屬板相距為d,現(xiàn)有質(zhì)量為m,電量為-q的小球,從距A板高h處自由下落,通過小孔C進入電場,但沒能到達B板,求AB間電勢差的最小值.解：對全過程應(yīng)用動能定理，解：對全過程

8、應(yīng)用動能定理， 得得 mg(h+d)-qUmin=0 解得：解得：Umin=.20.21.22實驗表明，熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在熾熱實驗表明，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金屬絲和金屬板間加以電壓U=2500V，從熾熱金，從熾熱金屬絲發(fā)射出的電子在真空中被加速后，從金屬板屬絲發(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，電子穿出后的速度有多的小孔穿出。如圖所示，電子穿出后的速度有多大？大？設(shè)電子剛從金屬絲射出時的速度為零。設(shè)電子剛從金屬絲射出時的速度為零。.23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板運動，則

9、關(guān)于電子在兩板間的運動情況，板運動，則關(guān)于電子在兩板間的運動情況，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， 則電子到達則電子到達Q板時的速度就越大板時的速度就越大C.電子到達電子到達Q板時的速度與板間距板時的速度與板間距離無關(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.24 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，分別，分別與電源兩極相連，兩板的中央

10、各有一個小孔與電源兩極相連，兩板的中央各有一個小孔M、N。今有一帶電質(zhì)點，自今有一帶電質(zhì)點，自A板上方相距為板上方相距為d的的P點由靜止自點由靜止自由下落（由下落（P、M、N在同一豎直線上），空氣阻力不計，在同一豎直線上），空氣阻力不計，到達到達N孔時速度恰好為零，然后沿原路返回，若保持孔時速度恰好為零，然后沿原路返回，若保持兩板板間的電壓不變，則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)點板向上平移一小段距離，質(zhì)點自自P點自由下落仍能返回點自由下落仍能返回vB、把、把A板向下平移一小段距離，質(zhì)點板向下平移一小段距離，質(zhì)點自自P點自由下落后將穿過點自由下落后將穿過N孔繼續(xù)下落

11、孔繼續(xù)下落vC、把、把B板向上平移一小段距離，質(zhì)點板向上平移一小段距離，質(zhì)點自自P點自由下落仍能返回點自由下落仍能返回vD、把、把B板向下平移一小段距離，質(zhì)點板向下平移一小段距離，質(zhì)點自自P點自由下落后將穿過點自由下落后將穿過N孔繼續(xù)下落孔繼續(xù)下落PMNABdd.25PMNABddmgEqmg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：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)點到質(zhì)點到N點時，速度點時，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)點自板向下平移一小段距離，質(zhì)點自P點點v自由下落后將穿

12、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.26PMNABdd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)點自板向下平移一小段距離，質(zhì)點自P點自由下點自由下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.27 例例2： 如圖所示，如圖所示，A板的電勢板的電勢UA0，B板的電板的電勢勢UB隨時間的變化規(guī)律如圖所示。則隨時間的變化規(guī)律如圖所示。則 A.若電子是在若電子是在t0時刻進入的，它將一直向時刻進入的，它將一直向B板運動板

13、運動B.若電子是在若電子是在tT/8時刻進入的，它可能時而時刻進入的，它可能時而向向B板運動，時而向板運動，時而向A板運動板運動,最后打在最后打在B板上板上 C.若電子是在若電子是在tT/4時刻進入的，它可能時而時刻進入的，它可能時而向向B板、時而向板、時而向A板運動板運動 D.若電子是在若電子是在t3T/8時刻進入的，它可能時而時刻進入的，它可能時而向向B板運動，時而向板運動，時而向A板運動板運動,最后打在最后打在B板上板上 BAt/ s UB / v0U0-U0.28F=Eq=U0q/dF=maa= U0q/mdBAt/ s U/ v0U0-U0t/ s 0a0-a0a/ m/s2t/ s

14、0v0-v0v/ m/s 若電子是在若電子是在t0時刻進入的時刻進入的.29Tt / 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時刻進入的時刻進入的v / m/s.30Tt / 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/4時刻進入的時刻進入的v / m/s.31Tt / s U/ v0U0-U0T/22T3T/2Tt / s 0T/22

15、T3T/2a/ m/s2a0-a0T0T/22T3T/2t / sv0-v0 若電子是在若電子是在t 3T/8時刻進入的時刻進入的v / m/s.32帶電粒子在電場中的直線運動v分析方法：分析方法：v 圖解法（周期性變化的電場）圖解法（周期性變化的電場）v 確定研究對象，受力分析，狀態(tài)分析確定研究對象，受力分析，狀態(tài)分析v 畫出畫出 a-t、v-t圖圖.33AB 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

16、,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請畫出粒子運動的請畫出粒子運動的 v-t 圖線圖線.34AB甲圖甲圖u /vt/s-U乙圖乙圖T2Tt/s00v/m/sUT2T丙圖丙圖問題：問題：為使帶電粒子到達為使帶電粒子到達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？ 畫出速度圖線能畫出速度圖線能更清楚了解物體的更清楚了解物體的運動情況運動情況 要使帶電粒子到達要使帶電粒子到達B點時速度點時速度 最最大，必須從

17、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) 到達到達.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最大可達最大. 有：有：TmqUddTmdqU8222.35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.3

18、6T2Tu /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，如果在運動的釋放，如果在運動的第一個第一個T/2內(nèi)沒有通過內(nèi)沒有通過B孔孔,則就不能

19、通過則就不能通過B孔孔. 不論不論A、B間距離多間距離多大，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.37 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,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: 粒子運動過程中將與某一極板相碰撞粒子運動過程中將與某一極板相碰撞,求從開始運動到粒子求從開始運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/2.38t/sU-UTT/2T/67T/6t/s v/m/s0ABT/3 T/3 T/3粒子在粒子在T/2時刻時刻(即運動了即運動了T/3時間時間)速度速度 v=aT/3=2.4105m/s 向右位移向右