2012高二物理-1.9-帶電粒子在電場中的運動-3課件-新人教版選修3-1

第一頁，共68頁。1.9帶電粒子在電場(diànchǎng)中的運動新課標高中物理選修(xuǎnxiū)3－1第一章

靜電場第二頁，共68頁。3、某些帶電體是否(shìfǒu)考慮重力，要根據題目暗示或運動狀態(tài)來判定電場中的帶電粒子一般(yībān)可分為兩類：1、帶電的根本粒子：如電子，質子，α粒子，正負離子等。這些粒子所受重力和電場力相比小得多，除非有說明或明確(míngquè)的暗示以外，一般都不考慮重力?！驳⒉荒芎雎再|量〕。2、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。第三頁，共68頁。帶電粒子在勻強電場(diànchǎng)中運動(yùndòng)情況：受到恒定(héngdìng)的電場力受力情況：

做勻變速運動第四頁，共68頁。一.帶電粒子在電場(diànchǎng)中的加速用牛頓(niúdùn)運動定律分析用動能定理(dònɡnénɡdìnɡlǐ)分析E1（加速電壓）第五頁，共68頁。qUm+_帶電粒子的加速

d1、受力分析(fēnxī):水平(shuǐpíng)向右的電場力F＝Eq=qU/dF2、運動(yùndòng)分析:初速度為零，加速度為a=qU/md的向右勻加速直線運動。解法一運用運動學知識求解解法二運用能量知識求解粒子加速后的速度只與加速電壓有關第六頁，共68頁。思考題如兩極板間不是勻強電場該用何種方法(fāngfǎ)求解？為什么？由于電場力做功與場強是否勻強無關，與運動路徑也無關，第二種方法(fāngfǎ)仍適用！第七頁，共68頁。所以(suǒyǐ)例1第八頁，共68頁。結論：由于電場(diànchǎng)力做功與場強是否勻強無關，與運動路徑也無關，所以在處理電場(diànchǎng)對帶電粒子的加速問題時，一般都是利用動能定理進行處理。第九頁，共68頁。例2：如下圖，在P板附近有一電子由靜止(jìngzhǐ)開始向Q板運動，那么關于電子在兩板間的運動情況，以下表達正確的選項是：()A.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，那么電子到達Q板時的速度就越大C.電子到達Q板時的速度與板間距離無關(wúguān)，僅與加速電壓有關D.電子的加速度和末速度都與板間距離無關(wúguān)AC

第十頁，共68頁。

ld+-----------+++++++++Uv0q、m二.帶電粒子在電場(diànchǎng)中的偏轉第十一頁，共68頁。

ld+-----------+++++++++++Uv0q、mF+vv0vyyθ偏轉(piānzhuǎn)角側移二.帶電粒子在電場(diànchǎng)中的偏轉試根據(gēnjù)類平拋運動的知識，推導偏移量y和偏轉角θ第十二頁，共68頁。1.受力分析：粒子受到豎直(shùzhí)向下的靜電力F＝Eq=qU/d。2.運動規(guī)律(guīlǜ)分析:粒子作類平拋運動。x方向：勻速直線運動Y方向：加速度為的勻加速直線運動。

v

v0vyΦ

3.x方向(fāngxiàng)4.y方向

5、離開電場時的偏轉角度的正切：

y

v0vy

Fv++++++------v0Y

dUY′

q

L第十三頁，共68頁。結論：帶電粒子初速度垂直(chuízhí)于電場方向飛入勻強電場的問題就是一個類平拋的問題。粒子在與電場垂直(chuízhí)的方向上做勻速直線運動粒子在與電場平行的方向上做初速為零的勻加速運動第十四頁，共68頁。例3第十五頁，共68頁。

L三、加速和偏轉(piānzhuǎn)一體++++++------φvv0vy+_U1U2v0-qmy第十六頁，共68頁。讓一價氫離子、一價氦離子和二價氦離子的混合物經過同一加速電場由靜止開始加速，然后在同一偏轉電場里偏轉，在通過加速電場時獲得(huòdé)的動能是否相同？通過偏轉電場時，它們是否會分為三股？請說明理由。答案：通過加速(jiāsù)電場時獲得的動能Ek=qU,加速(jiāsù)電壓相同，二價氦離子電荷量最大，所以二價氦離子獲得動能最大。粒子的偏轉量和偏轉角由加速(jiāsù)電場和偏轉電場決定，所以三種粒子不可能分開為三股。vvyy

L++++++------φv0+-U1U2v0-qm思考題第十七頁，共68頁。例4：離子發(fā)生器發(fā)射出一束質量為m，電荷量為q的負離子，從靜止經加速(jiāsù)電壓U1加速(jiāsù)后，獲得速度v0，并沿垂直于電場線方向射入兩平行板中央，受偏轉電壓U2作用后，以速度Ｖ離開電場，平行板長為Ｌ，兩板間距離為d，

1〕離子在偏轉電場中運動的時間、加速度、速度Ｖ的大小(dàxiǎo)；2〕離子在離開偏轉電場時的沿電場方向的偏移量和偏轉角的正切值。

l++++++------u1dv0

求：第十八頁，共68頁。例5：一束電子流經U=5000V的電壓加速后，在距兩極板等間距處垂直(chuízhí)進入平行板間的勻強電場中，假設兩板間距d，板長l，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個板之間的電壓最多能加多少？第十九頁，共68頁。四、示波器的原理(yuánlǐ)1.示波器作用：是一種用來觀察電信號隨時間變化的電子儀器。2.它的核心部件是示波管：由電子槍、偏轉(piānzhuǎn)電極和熒光屏組成，管內抽成真空。第二十頁，共68頁。產生(chǎnshēng)高速飛行的電子束待顯示的電壓(diànyā)信號鋸齒形掃描(sǎomiáo)電壓使電子沿Y方向偏移使電子沿x方向偏移四、示波器的原理第二十一頁，共68頁。：U1、l、YY?偏轉(piānzhuǎn)電極的電壓U2、板間距d、板端到熒光屏的距離L。求：電子射出偏轉(piānzhuǎn)電場時的偏向角正切值tanφ及打到屏上電子的偏移量y?。偏移量與YY?偏轉(piānzhuǎn)電極的電壓U2成正比3.原理(yuánlǐ)第二十二頁，共68頁。1〕、如果在電極(diànjí)XX’之間不加電壓，而在YY’之間加不變電壓，使Y的電勢比Y’高，電子將打在熒光屏的什么位置？電子(diànzǐ)沿Y方向向上偏移四、示波器的原理(yuánlǐ)第二十三頁，共68頁。2〕、如果在電極XX’之間不加電壓(diànyā)，而在YY’之間加不變電壓(diànyā)，使Y’的電勢比Y高，電子將打在熒光屏的什么位置？電子(diànzǐ)沿Y方向向下偏移四、示波器的原理(yuánlǐ)第二十四頁，共68頁。3〕、如果在電極YY’之間不加電壓，但在XX’之間加不變電壓，使X的電勢比X’高，電子(diànzǐ)將打在熒光屏的什么位置？電子(diànzǐ)沿X方向向里偏移四、示波器的原理(yuánlǐ)第二十五頁，共68頁。4〕、如果(rúguǒ)在電極YY’之間不加電壓，但在XX’之間加不變電壓，使X’的電勢比X高，電子將打在熒光屏的什么位置？電子(diànzǐ)沿X方向向外偏移四、示波器的原理(yuánlǐ)第二十六頁，共68頁。5〕、如果在電極XX’之間不加電壓(diànyā)，但在YY’之間加如下圖的交變電壓(diànyā)，在熒光屏上會看到什么圖形？0<t<t1電子沿Y方向(fāngxiàng)向上偏移四、示波器的原理(yuánlǐ)第二十七頁，共68頁。6〕、如果(rúguǒ)在電極XX’之間不加電壓，但在YY’之間加如下圖的交變電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？t1<t<t2電子沿Y方向向下(xiànɡxià)偏移四、示波器的原理(yuánlǐ)第二十八頁，共68頁。7〕、如果在YY’之間加如下(rúxià)圖的交變電壓，同時在XX’之間加不變電壓，使X的電勢比X’高，在熒光屏上會看到什么圖形？0<t<t1電子沿Y方向(fāngxiàng)向上偏，沿X方向(fāngxiàng)向里偏四、示波器的原理(yuánlǐ)第二十九頁，共68頁。8〕、如果在YY’之間加如下圖的交變電壓，同時(tóngshí)在XX’之間加不變電壓，使X的電勢比X’高，在熒光屏上會看到什么圖形？t1<t<t2電子沿Y方向(fāngxiàng)向下偏，沿X方向(fāngxiàng)向里偏四、示波器的原理(yuánlǐ)第三十頁，共68頁。8〕、如果在YY’之間加如下圖的交變電壓，同時在XX’之間加不變電壓，使X’的電勢(diànshì)比X高，在熒光屏上會看到什么圖形？電子(diànzǐ)沿Y方向向上向下偏，沿X方向向外偏四、示波器的原理(yuánlǐ)第三十一頁，共68頁。10〕、如果在YY’之間加如下(rúxià)圖的交變電壓，同時在XX’之間加鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？XYOABCDEFABCDEFABOCt1DEFt2四、示波器的原理(yuánlǐ)第三十二頁，共68頁。例6如圖是示波管的原理圖，它是由電子槍、豎直偏轉電極YY′、水平偏轉電極XX′和熒光屏組成，電子槍發(fā)射的電子打在熒光屏上將出現亮點，假設亮點很快移動(yídòng)，由于視覺暫留原因，能在熒光屏上看到一條亮線。〔1〕如果只在偏轉電極YY′上加上如圖②所示的電壓Uy=Umsinωt，在熒光屏圖③上畫出所觀察到的亮線的形狀(xíngzhuàn)〔設T很小〕〔2〕如果只在偏轉電極XX′上加上圖④所示電壓，試在圖⑤上畫出所觀察到的亮線的形狀(xíngzhuàn)。〔3〕如果在YY′和XX′上同時加上上述電壓，試在圖⑥上畫出所觀察到的亮線的形狀(xíngzhuàn)。第三十三頁，共68頁。課堂(kètáng)小結：一、利用電場(diànchǎng)使帶電粒子加速二、利用電場(diànchǎng)使帶電粒子偏轉從動力學和運動學角度分析從做功和能量的角度分析類似平拋運動的分析方法粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運動粒子在與電場平行的方向上做初速度為零的勻加速運動

第三十四頁，共68頁。1、以下粒子由靜止經加速電壓為U的電場(diànchǎng)加速后，

哪種粒子動能最大〔〕哪種粒子速度最大〔〕A、質子B、電子

C、氘核D、氦核

強化(qiánghuà)練習與電量(diànliàng)成正比與比荷平方根成正比DBe/m1840e/me/2m2e/4m第三十五頁，共68頁。2、如下圖，M、N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質量(zhìliàng)為m、電量為+q的質子，以極小的初速度由小孔進入電場，當M、N間電壓為U時，粒子到達N板的速度為v，如果要使這個帶電粒子到達N板的速度為2v，那么下述方法能滿足要求的是〔〕

A、使M、N間電壓增加為2U

B、使M、N間電壓增加為4U

C、使M、N間電壓不變，距離減半

D、使M、N間電壓不變，距離加倍MNUd+v與電壓(diànyā)平方根成正比B強化(qiánghuà)練習第三十六頁，共68頁。3、如下圖的電場中有A、B兩點，A、B的電勢差UAB＝100V，一個質量為m=2.0×10-12kg、電量為q=-5.0×10-8C的帶電粒子，以初速度v0=3.0×103m/s由A點運動到B點，求粒子到達B點時的速率(sùlǜ)。〔不計粒子重力〕A-v0Bq為負強化(qiánghuà)練習第三十七頁，共68頁。4、質量為m、帶電量為q的粒子以初速度v從中線垂直進入偏轉電場，剛好離開電場，它在離開電場后偏轉角正切為，那么以下說法中正確的選項是A、如果偏轉電場的電壓為原來(yuánlái)的一半，那么粒子離開電場后的偏轉角正切為B、如果帶電粒子的比荷為原來(yuánlái)的一半，那么粒子離開電場后的偏轉角正切為C、如果帶電粒子的初速度為原來(yuánlái)的2倍，那么粒子離開電場后的偏轉角正切為D、如果帶電粒子的初動能為原來(yuánlái)的2倍，那么粒子離開電場后的偏轉角正切為√√√強化(qiánghuà)練習第三十八頁，共68頁。5、質子(質量為m、電量(diànliàng)為e)和二價氦離子(質量為4m、電量(diànliàng)為2e)以相同的初動能垂直射入同一偏轉電場中，離開電場后，它們的偏轉角正切之比為，側移之比為。

與電量(diànliàng)成正比與電量(diànliàng)成正比2:12:1強化練習第三十九頁，共68頁。6、三個電子在同一地點沿同一直線垂直飛入偏轉電場，如下圖。那么由此可判斷〔〕A、b和c同時飛離電場B、在b飛離電場的瞬間，a剛好(gānghǎo)打在下極板上C、進入電場時，c速度最大，a速度最小D、c的動能增量最小，a和b的動能增量一樣大強化(qiánghuà)練習第四十頁，共68頁。析與解第四十一頁，共68頁。6、三個電子在同一地點沿同一直線(zhíxiàn)垂直飛入偏轉電場，如下圖。那么由此可判斷〔〕A、b和c同時飛離電場B、在b飛離電場的瞬間，a剛好打在下極板上C、進入電場時，c速度最大，a速度最小D、c的動能增量最小，a和b的動能增量一樣大√√強化(qiánghuà)練習第四十二頁，共68頁。7、如圖，電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始加速，然后射入電勢差為U2的兩塊平行極板間的電場中，入射方向跟極板平行。整個裝置處在真空中，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(qíngkuàng)中，一定能使電子的偏轉角θ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變小強化(qiánghuà)練習第四十三頁，共68頁。析與解對加速過程(guòchéng)由動能定理：對偏轉過程由偏轉角正切(zhèngqiē)公式：與粒子的電量(diànliàng)q、質量m無關第四十四頁，共68頁。8、如下圖，二價氦離子和質子的混合體，經同一加速電場加速后，垂直射入同一偏轉電場中，偏轉后，打在同一熒光屏上，那么(nàme)它們〔〕A、側移相同B、偏轉角相同C、到達屏上同一點D、到達屏上不同點與粒子(lìzǐ)的電量q、質量m無關強化(qiánghuà)練習第四十五頁，共68頁。9、試證明：帶電粒子垂直(chuízhí)進入偏轉電場，離開電場時就好象是從初速度所在直線的中點沿直線離開電場的。θx強化(qiánghuà)練習第四十六頁，共68頁。10、如下圖，有一電子(電量為e、質量為m)經電壓U0加速后，沿平行金屬板A、B中心線進入(jìnrù)兩板，A、B板間距為d、長度為L，A、B板間電壓為U，屏CD足夠大，距離A、B板右邊緣2L，AB板的中心線過屏CD的中心且與屏CD垂直。試求電子束打在屏上的位置到屏中心間的距離。強化(qiánghuà)練習第四十七頁，共68頁。析與解電子離開電場，就好象(hǎoxiànɡ)從中點沿直線離開的：θ對加速(jiāsù)過程由動能定理：第四十八頁，共68頁。11、質量為1×10-25kg、電量為1×10-16C的帶電粒子以2×106m/s速度從水平放置的平行金屬板A、B中央沿水平方向飛入板間，如下圖。板長L＝10cm，間距d＝2cm，當AB間電壓(diànyā)在范圍內時，此帶電粒子能從板間飛出。v0+++++-----強化(qiánghuà)練習第四十九頁，共68頁。v0+++++-----θ析與解對偏轉過程由偏轉角正切(zhèngqiē)公式：或對偏轉過程(guòchéng)由側移公式：第五十頁，共68頁。12、如下圖的示波管，如果(rúguǒ)在YY’之間加如下圖的交變電壓，同時在XX’之間加如下圖的鋸齒形電壓，使X的電勢比X’高，在熒光屏上會看到什么圖形？UxtOt1t2強化(qiánghuà)練習第五十一頁，共68頁。13、如下圖的示波管，如果在YY’之間加如下圖的交變電壓，同時(tóngshí)在XX’之間加如下圖的鋸齒形電壓，使X的電勢比X’高，在熒光屏上會看到什么圖形？UxtOt1t2XYO0<t<t1t1<t<t2強化(qiánghuà)練習第五十二頁，共68頁。14、真空室中電極K發(fā)出電子〔初速不計〕，經過電壓為U1的加速電場后，由小孔S沿水平金屬板A、B間的中心線射入板中，板長L，相距為d，在兩板間加上如圖乙所示的正弦交變電壓，前半個周期內B板的電勢高于A板的電勢，電子的質量為m，帶電量為e，不計電子重力，求：〔1〕電子進入AB板時的初速度；〔2〕要使所有的電子都能離開AB板，圖乙中電壓的最大值U0需滿足什么條件(tiáojiàn)？〔3〕在熒光屏上會看到什么圖形？強化(qiánghuà)練習第五十三頁，共68頁。設電子(diànzǐ)進入AB板時的初速度為v0設電子在偏轉電壓(diànyā)為U0時進入AB板間析與解第五十四頁，共68頁。如下圖，A、B為兩塊豎直放置的平行金屬板，G是靜電計，電鍵K合上后，靜電計指針張開一個角度。下述哪些(nǎxiē)做法可使指針張角增大？()A、使A、B兩板靠近些；B、使A、B兩板正對面積錯開些；C、斷開K后，使B板向右平移拉開一些；D、斷開K后，使A、B正對面錯開些。CD例1第五十五頁，共68頁。例2平行板電容器下板接地，兩板與電源相連，b為正中央的點，將不帶電的厚金屬板插入兩板正中間的如下圖位置后，a、b、c三點場強及電勢變化情況(qíngkuàng)為：()A、E=E且均增大，E減為零；B、U>U>U，且三點電勢均減?。籆、E=E且不變，E減為零；D、U>U>U，且U減小，U不變，U增大。AD第五十六頁，共68頁。如下圖，在平行板電容器正中有一個帶電微粒。K閉合時，該微粒恰好能保持靜止。在①保持K閉合；②充電后將K斷開(duànkāi)；兩種情況下，各用什么方法能使該帶電微粒向上運動打到上極板？A.上移上極板MB.上移下極板NC.左移上極板MD.把下極板N接地KMN答案(dáàn)：①選B，②選C。例3第五十七頁，共68頁。傳感器是把非電學里〔如速度、溫度、壓力等〕的變化轉換成電學里變化的一種測定液面高度的電容式傳感器的示意圖，金屬芯線與導電(dǎodiàn)液體形成一個電容器，從電容C大小的變化就能反映液面的升降情況，兩者的關系是〔〕A．C增大表示h增大B．C增大表示h減小C．C減小表示h減小D．C減小表示h增大導電液體金屬芯線電介質AC例4第五十八頁，共68頁。在點電荷＋Q的電場中有A、B兩點，將質子和α粒子分別從A點由靜止(jìngzhǐ)釋放，質子和α粒子的電性相同，帶電量之比為1:2，質量之比為1:4，那么到達B點時，它們的速度大小之比為多少？QAB解：質子和α粒子從A到B運動(yùndòng)過程中，分別應用動能定理得①②聯立①②兩式可解出它們到達B點時的速度(sùdù)大小之比為··例5：第五十九頁，共68頁。練習(liànxí)一：A板的電勢UA＝0，B板的電勢UB隨時間的變化規(guī)律如下圖。那么()

A.假設電子是在t＝0時刻(shíkè)進入的，它將一直向B板運動

B.假設電子是在t＝T/8時刻(shíkè)進入的，它可能時而向B板運動，時而向A板運動,最后打在B板上

C.假設電子是在t＝3T/8時刻(shíkè)進入的，它可能時而向B板運動，時而向A板運動,最后打在B板上D.假設電子是在t＝T/2時刻(shíkè)進入的，它可能時而向B板、時而向A板運動t/s

UB

/v0U0-U0BAAB第六十頁，共68頁。在平行金屬板A、B之間加如下圖的交變電壓，其頻率(pínlǜ)為f，t=0時刻A板處有一個質量為m、電量為q的正離子從靜止開始向B板運動，重力忽略不計，求：為使離子到B板時的速度最大，A、B之間的距離d應滿足什么條件？uOU-UtAB解：要使正離子到達B板的速度最大，需要正離子在電場中始終做加速運動(jiāsùyùndònɡ)，應滿足因此(yīncǐ)AB之間的距離應滿足練習二：第六十一頁，共68頁。例6電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始運動,然后射入電勢差為U2的兩塊平行極板間的電場中,入射方向跟極板平行.整個裝置處在真空中,重力可忽略.在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件(tiáojiàn)下,下述四種情況中,一定能使電子的偏轉角θ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