高中物理人教版1第一章靜電場第9節(jié)帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng) 一等獎(jiǎng)

1．9帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)【考綱要求】帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)，=2\*ROMANII級要求。示波管，=1\*ROMANI級要求?！咀灾鲗W(xué)習(xí)】1：我們學(xué)過的物體在衡力作用下的運(yùn)動(dòng)形式有哪？2：些帶電粒子在電場中的加速規(guī)律和常用的處理方法是什么？3：電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)中，它的運(yùn)動(dòng)和受力有什么特點(diǎn)？與我們前面學(xué)習(xí)的什么運(yùn)動(dòng)類似？4：如何處理帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)？5：示波管的工作原理是什么？【考點(diǎn)突破】典型例題1：讓原來靜止的氫核,氘核,氚的混合物經(jīng)同一電場加速過程中或加速線束后,它們具有（）A.相同的速度B.相同的動(dòng)能C.相同的加速度D.以上都不對解析：B一是知道三種粒子的電量和質(zhì)量；二是要用動(dòng)能定理來解決帶電粒子的加速問題。反饋訓(xùn)練1：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(yuǎn)處自由下落,通過小孔C進(jìn)入電場,但沒能到達(dá)B板,求AB間電勢差的最小值.典型例題2：.如圖所示，在兩條平行的虛線內(nèi)存在著寬度為L、場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場，在與右側(cè)虛線相距L處有一與電場平行的屏．現(xiàn)有一電荷量為+q、質(zhì)量為m的帶電粒子(重力不計(jì))，以垂直于電場線方向的初速度v0射入電場中，v0方向的延長線與屏的交點(diǎn)為O.試求：(1)粒子從射入到打到屏上所用的時(shí)間；(2)粒子剛射出電場時(shí)的速度方向與初速度方向間夾角的正切值tan；(3)粒子打到屏上的點(diǎn)P到O點(diǎn)的距離s.解：(1)根據(jù)題意，粒子在垂直于電場線的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以粒子從射入到打到屏上所用的時(shí)間

(2)設(shè)粒子射出電場時(shí)沿平行電場線方向的速度為vy

根據(jù)牛頓第二定律，粒子在電場中的加速度為：

所以，所以粒子剛射出電場時(shí)的速度方向與初速度方向間夾角的正切值為

(3)設(shè)粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)距離為y，則

又解得：反饋訓(xùn)練2：豎直放置的平行金屬板A、B連接一恒定電壓,兩個(gè)電荷M和N以相同的速率分別從極板A邊緣和兩板中間沿豎直方向進(jìn)入板間電場,恰好從極板B邊緣射出電場,如圖所示,不考慮電荷的重力和它們之間的相互作用,下列說法正確的是 （）A.兩電荷的電荷量可能相等 B.兩電荷在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等C.兩電荷在電場中運(yùn)動(dòng)的加速度相等 D.兩電荷離開電場時(shí)的動(dòng)能相等典型例題3：一束電子流在經(jīng)U＝5000V的加速電壓加速后，在距兩極板等距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場，如圖所示，若兩板間距d＝，板長l＝，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)極板上最多能加多大電壓？解析：在加速電壓一定時(shí)，偏轉(zhuǎn)電壓U′越大，電子在極板間的偏距就越大．當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓大到使電子剛好擦著極板的邊緣飛出，此時(shí)的偏轉(zhuǎn)電壓，即為題目要求的最大電壓．加速過程，由動(dòng)能定理得：eU＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)①進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，電子在平行于板面的方向上做勻速在垂直于板面的方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度：a＝eq\f(F,m)＝eq\f(eU′,dm)③偏距y＝eq\f(1,2)at2④能飛出的條件為y≤eq\f(d,2)解①～⑤式得：U′≤eq\f(2Ud2,l2)＝eq\f(2×5000××10－22,×10－22)V＝×102V即，要使電子能飛出，所加電壓最大為400V.反饋訓(xùn)練3：如圖所示，從燈絲發(fā)出的電子經(jīng)加速電場加速后，進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，若加速電壓為U1，偏轉(zhuǎn)電壓為U2，要使電子在電場中的偏轉(zhuǎn)量y增大為原來的2倍，下列方法中正確的是()A．使U1減小到原來的1/2B．使U2增大為原來的2倍C．使偏轉(zhuǎn)極板的長度增大為原來的2倍D．使偏轉(zhuǎn)極板間的距離減小為原來的1/2【考點(diǎn)鞏固】1．一帶電粒子在電場中只受電場力作用時(shí)，它不可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是()A．勻速直線運(yùn)動(dòng)B．勻加速直線運(yùn)動(dòng)C．勻變速曲線運(yùn)動(dòng)D．勻速圓周運(yùn)動(dòng)2.如圖所示，M、N是真空中的兩塊平行金屬板，質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，以初速度v0由小孔進(jìn)入電場，當(dāng)M、N間電壓為U時(shí)，粒子恰好能到達(dá)N板，如果要使這個(gè)帶電粒子到達(dá)M、N板間距的eq\f(1,2)后返回，下列措施中能滿足要求的是(不計(jì)帶電粒子的重力)()A．使初速度減為原來的eq\f(1,2)B．使M、N間電壓加倍C．使M、N間電壓提高到原來的4倍D．使初速度和M、N間電壓都減為原來的eq\f(1,2)3．一電子以初速度v0沿垂直場強(qiáng)方向射入兩平行金屬板間的勻強(qiáng)電場中，現(xiàn)減小兩板間的電壓，則電子穿越兩平行板所需的時(shí)間()A．隨電壓的減小而減小B．隨電壓的減小而增大C．與電壓無關(guān)D．隨兩板間距離的增大而減小4．帶電粒子經(jīng)加速電場加速后垂直進(jìn)入兩平行金屬板間的偏轉(zhuǎn)電場，要使它離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)偏轉(zhuǎn)角增大，可采用的方法有()A．增加帶電粒子的電荷量B．增加帶電粒子的質(zhì)量C．增大加速電壓D．增大偏轉(zhuǎn)電壓5．一束帶有等量電荷量的不同離子從同一點(diǎn)垂直電場線進(jìn)入同一勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場，飛離電場后打在熒光屏上的同一點(diǎn)，則()A．離子進(jìn)入電場的初速度相同B．離子進(jìn)入電場的初動(dòng)量相同C．離子進(jìn)入電場的初動(dòng)能相同D．離子在電場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同6.如圖所示，氕、氘、氚的原子核自初速為零經(jīng)同一電場加速后，又經(jīng)同一勻強(qiáng)電場偏轉(zhuǎn)，最后打在熒光屏上，那么()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(shí)的速度一樣大D．三種原子核都打在屏上的同一位置上7．一個(gè)電子以×107m/s的初速度沿電場線方向射入電場強(qiáng)度為×104N/C的勻強(qiáng)電場中，問：這個(gè)電子在電場中能前進(jìn)多遠(yuǎn)？用的時(shí)間是多少？這段距離上的電勢差是多少V.？(電子質(zhì)量m＝×108．如圖所示，A為粒子源，F(xiàn)為熒光屏．在A和極板B間的加速電壓為U1，在兩水平放置的平行導(dǎo)體板C、D間加有偏轉(zhuǎn)電壓U2.現(xiàn)分別有質(zhì)子和α粒子(氦核)由靜止從A發(fā)出，經(jīng)加速后以水平速度進(jìn)入C、D間，最后打到F板上．不計(jì)粒子的重力，它們能打到F的同一位置上帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)反饋訓(xùn)練1：由動(dòng)能定理得,得反饋訓(xùn)練2:AB反饋訓(xùn)練3答案：ABD【考點(diǎn)鞏固】1答案A2答案BD3答案C4答案D解析同一加速電場、同一偏轉(zhuǎn)電場，偏轉(zhuǎn)角為tanθ＝eq\f(lU′,2dU)，U′為偏轉(zhuǎn)電壓，D正確．5答案C解析由題意知，不同粒子的偏轉(zhuǎn)距離相同，y＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)eq\f(qE,m)(eq\f(l,v0))2＝eq\f(qEl2,2mv\o\al(2,0))，故選項(xiàng)C正確．6答案解析同一加速電場、同一偏轉(zhuǎn)電場，三種粒子帶電荷量相同，在同一加速電場中電場力對它們做的功都相同，在同一偏轉(zhuǎn)電場中電場力對它們做的功也相同，A錯(cuò)，B對；由于質(zhì)量不同，所以打在屏上的速度不同，C錯(cuò)；再根據(jù)偏轉(zhuǎn)距離公式或偏轉(zhuǎn)角公式y(tǒng)＝eq\f(l2U′,4dU)，tanφ＝eq\f(lU′,2dU)知，與帶電粒子無關(guān)，D對．7答案0.182m×10－9s×103解析電子在電場中做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律得電子的加速度a＝eE/m①電子在電場中前進(jìn)的時(shí)間t＝v0/a②電子在電場中前進(jìn)的距離x＝at2/2③由①②③解得x＝0.182m，t＝×10這段距離上的電勢差U＝Ex＝×1038答案能解析設(shè)粒子的質(zhì)量為m，帶電荷量為q，偏轉(zhuǎn)電場的極板長為L，兩板間距為d.在加速過程中由動(dòng)能定理有：qU1＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)在偏轉(zhuǎn)電場中，粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t＝eq\f(L,v0)加速度a＝eq\f(q