帶電粒子在電場(chǎng)中加速

關(guān)于帶電粒子在電場(chǎng)中加速第1頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)有三種情況：⑴靜止⑵直線運(yùn)動(dòng)（如勻速直線和變速直線）⑶曲線運(yùn)動(dòng)（如平拋、圓周運(yùn)動(dòng)）第2頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解決帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的基本思路：1．明確研究對(duì)象，受力分析研究對(duì)象有兩種：⑴基本粒子：如電子、質(zhì)子、α粒子、正負(fù)離子等，受到的靜電力一般遠(yuǎn)大于重力，通常情況下都不考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。⑵帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等，一般都考慮重力。2．帶電粒子在電場(chǎng)中加速、減速

①先受力分析（重力、電場(chǎng)力、彈力、摩擦力）

②再進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析

③選擇恰當(dāng)規(guī)律解題

第3頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解決帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的基本思路：3．運(yùn)動(dòng)軌跡和過(guò)程分析帶電粒子運(yùn)動(dòng)形式?jīng)Q定于：粒子的受力情況和初速度情況．4．解題的依據(jù)⑴力的觀點(diǎn)：牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式．⑵能的觀點(diǎn)：動(dòng)能定理、能量守恒定律．

例如：若質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子初速度為零，經(jīng)過(guò)電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)，由動(dòng)能定理得，v=；若初速度為v0,則v=第4頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在真空中的一對(duì)平行金屬板，兩板間的電勢(shì)差為U，一個(gè)質(zhì)量為m，帶電量e的電子，由靜止開始運(yùn)動(dòng),計(jì)算從負(fù)極板運(yùn)動(dòng)到正極板時(shí)的速度。mgUF第5頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1．如圖所示，在點(diǎn)電荷+Q的電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn)，將質(zhì)子和α粒子分別從A點(diǎn)由靜止釋放，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)它們速度大小之比為多少？第6頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)堂達(dá)標(biāo)：A第7頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月跟蹤訓(xùn)練1.

如圖所示，在勻強(qiáng)電場(chǎng)E中，一帶電粒子－q的初速度υ0恰與電場(chǎng)線方向相同，則帶電粒子－q在開始運(yùn)動(dòng)后，將(

)A．沿電場(chǎng)線方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)

B．沿電場(chǎng)線方向做變加速直線運(yùn)動(dòng)

C．沿電場(chǎng)線方向做勻減速直線運(yùn)動(dòng)

D．偏離電場(chǎng)線方向做曲線運(yùn)動(dòng)CqEmg第8頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月mgqE解：(1)微粒受重力和電場(chǎng)力的合力作用，沿AB做勻減速直線運(yùn)動(dòng)第9頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第10頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月跟蹤訓(xùn)練2．如圖所示，兩塊長(zhǎng)均為L(zhǎng)的平行金屬板M、N與水平面成α角放置在同一豎直平面，充電后板間有勻強(qiáng)電場(chǎng)。一個(gè)質(zhì)量為m、帶電量為q的液滴沿垂直于電場(chǎng)線方向射入電場(chǎng)，并沿虛線通過(guò)電場(chǎng)。下列判斷中正確的是()A.電場(chǎng)強(qiáng)度的大小E＝mgcosα/qB.電場(chǎng)強(qiáng)度的大小E＝mgtanα/qC.液滴離開電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能增量為-mgLtanαD.液滴離開電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能增量為-mgLsinαAD·mgqEα第11頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第12頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月0t/sv0.040.02第13頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)堂達(dá)標(biāo)答案題號(hào)1234567答案DABCCCAAD第14頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月√第15頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．如圖所示,足夠長(zhǎng)的兩平行金屬板正對(duì)豎直放置，它們通過(guò)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(gè)帶電的液滴從兩板上端的中點(diǎn)處無(wú)初速度釋放,最終液滴落在某一金屬板上．下列說(shuō)法中正確的是A．液滴在兩板間運(yùn)動(dòng)的軌跡是一條拋物線B．電源電動(dòng)勢(shì)越大，液滴在板間運(yùn)動(dòng)的加速度越大C．電源電動(dòng)勢(shì)越大，液滴在板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越短D．定值電阻的阻值越大，液滴在板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)BDmgqE分析方法：運(yùn)動(dòng)的分解第16頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.有一個(gè)電子原來(lái)靜止于平行板電容器的中間，設(shè)兩板的距離足夠大，今在t=0開始在兩板間加一個(gè)交變電壓，使得該電子在開始一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)的v—t圖線如圖甲所示，則該交變電壓可能是圖乙中的哪些？圖甲A第17頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7．如圖甲所示，平行金屬板中央有一個(gè)靜止的電子(不計(jì)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(gè)物理量隨時(shí)間t的變化規(guī)律可能正確的是

√√第18頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8、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(guò)小孔C進(jìn)入電場(chǎng),但沒能到達(dá)B板,求AB間電勢(shì)差的最小值.解：對(duì)全過(guò)程應(yīng)用動(dòng)能定理，得mg(h+d)-qUmin=0

解得：Umin=第19頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第20頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第21頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)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U=2500V，從熾熱金屬絲發(fā)射出的電子在真空中被加速后，從金屬板的小孔穿出。如圖所示，電子穿出后的速度有多大？設(shè)電子剛從金屬絲射出時(shí)的速度為零。第22頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如圖所示，在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)情況，下列敘述正確的是：()A.兩板間距越大，加速的時(shí)間越長(zhǎng)B.兩板間距離越小，加速度就越大，則電子到達(dá)Q板時(shí)的速度就越大C.電子到達(dá)Q板時(shí)的速度與板間距離無(wú)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距離無(wú)關(guān)UPQFAC第23頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

如圖所示，A、B為平行金屬板，兩板相距d，分別與電源兩極相連，兩板的中央各有一個(gè)小孔M、N。今有一帶電質(zhì)點(diǎn)，自A板上方相距為d的P點(diǎn)由靜止自由下落（P、M、N在同一豎直線上），空氣阻力不計(jì)，到達(dá)N孔時(shí)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A、把A板向上平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)自由下落仍能返回B、把A板向下平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)自由下落后將穿過(guò)N孔繼續(xù)下落C、把B板向上平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)自由下落仍能返回D、把B板向下平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)自由下落后將穿過(guò)N孔繼續(xù)下落PMNABdd第24頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月PMNABddmgEqmg從P到N的過(guò)程中由動(dòng)能定理得：mg2d-Eqd=0mg2d-Uq=0

當(dāng)A板下移，從P到N的過(guò)程中，同理

質(zhì)點(diǎn)到N點(diǎn)時(shí)，速度剛好為零。B、把A板向下平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)自由下落后將穿過(guò)N孔繼續(xù)下落所以，仍能返回第25頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月PMNABdd從P到N的過(guò)程中由動(dòng)能定理得：hmg(2d+h)mvN212-Uq=-0vN＞0將穿過(guò)N孔繼續(xù)下落D、把B板向下平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)自由下落后將穿過(guò)N孔繼續(xù)下落答案：ACD第26頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

例2：如圖所示，A板的電勢(shì)UA＝0，B板的電勢(shì)UB隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示。則

A.若電子是在t＝0時(shí)刻進(jìn)入的，它將一直向B板運(yùn)動(dòng)

B.若電子是在t＝T/8時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng),最后打在B板上

C.若電子是在t＝T/4時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板、時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng)

D.若電子是在t＝3T/8時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng),最后打在B板上

BAt/s

UB

/v0U0-U0第27頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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t＝0時(shí)刻進(jìn)入的周期性運(yùn)動(dòng)第28頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Tt/s

U/v0U0-U0T/22T3T/2Tt/s

0T/22T3T/2a/m/s2a0-a0T0T/22T3T/2t/

sv0-v0

若電子是在t＝T/8時(shí)刻進(jìn)入的v/m/s周期性第29頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Tt/s

U/v0U0-U0T/22T3T/2Tt/s

0T/22T3T/2a/m/s2a0-a0T0T/22T3T/2t/

sv0-v0

若電子是在t＝T/4時(shí)刻進(jìn)入的v/m/s周期性第30頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Tt/s

U/v0U0-U0T/22T3T/2Tt/s

0T/22T3T/2a/m/s2a0-a0T0T/22T3T/2t/

sv0-v0

若電子是在t＝3T/8時(shí)刻進(jìn)入的v/m/s周期性第31頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)分析方法：圖解法（周期性變化的電場(chǎng)）①確定研究對(duì)象，受力分析，狀態(tài)分析②畫出a-t、v-t圖第32頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月AB

兩個(gè)相距為d的平行金屬板,有正對(duì)著的兩小孔A、B,如圖甲所示,兩板間加如圖乙所示的交變電壓,一質(zhì)量為m,帶電量為+q的帶電粒子,在t=0時(shí)刻在A孔處無(wú)初速釋放,試判斷帶電粒子能否穿過(guò)B孔？（t=0時(shí)刻A板電勢(shì)高）甲圖U/vt/su-u乙圖TT/2請(qǐng)畫出粒子運(yùn)動(dòng)的v-t圖線.第33頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月AB甲圖u/vt/s-U乙圖T2Tt/s00v/m/sUT2T丙圖問(wèn)題：為使帶電粒子到達(dá)B孔時(shí)速度最大，A、B間距應(yīng)滿足什么條件？

畫出速度圖線能更清楚了解物體的運(yùn)動(dòng)情況

要使帶電粒子到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度最大，必須從A到B一直加速，即在半個(gè)周期內(nèi)到達(dá).解：設(shè)帶電粒子在半個(gè)周期內(nèi)的位移為S由題意知：只要S≥d,粒子出電場(chǎng)時(shí)速度可達(dá)最大.有：第34頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月問(wèn)題：從v-t圖上看，在t=(2n+1)T/2時(shí)刻粒子速度最大，是否本題有系列解？用W12=qU12計(jì)算電場(chǎng)力的功時(shí),要注意W12和U12的對(duì)應(yīng)關(guān)系.B甲圖t/s-U乙圖T2Tt/s00v/m/sUT2T丙圖第35頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月T2Tu/vt/s-U乙圖0Uv/m/st/s0丙圖例3:兩個(gè)相距為d的平行金屬板,有正對(duì)著的兩小孔A、B,如圖甲所示,兩板間加如圖乙所示的交變電壓,一質(zhì)量為m,帶電量為+q的帶電粒子,在t=T/4時(shí)刻在A孔處無(wú)初速釋放,試判斷帶電粒子能否穿過(guò)B孔？（

t=0時(shí)刻A板電勢(shì)高）AB甲圖答：粒子在t=T/4時(shí)刻釋放，如果在運(yùn)動(dòng)的第一個(gè)T/2內(nèi)沒有通過(guò)B孔,則就不能通過(guò)B孔.

不論A、B間距離多大，問(wèn)帶電粒子何時(shí)釋放，帶電粒子一定能通過(guò)B孔？帶電粒子在T/4前釋放，一定能通過(guò)B孔.第36頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

例4:兩個(gè)相距為d=1.5m的平行金屬板,有正對(duì)著的兩小孔A、B,如圖甲所示,兩板間加如圖乙所示的交變電壓,u=1.08×104V,交變電壓的周期T=1.0×10－6s,t=0時(shí)刻A板電勢(shì)高，一質(zhì)量為m,帶電量為+q的帶電粒子,在t=T/6時(shí)刻在A孔處無(wú)初速釋放,帶電粒子比荷q/m=1.0×108C/kg,問(wèn):

粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將與某一極板相碰撞,求從開始運(yùn)動(dòng)到粒子與極板碰撞所用時(shí)間.AB甲圖U/vt/su-u乙圖TT/2第37頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月t/sU-UTT/2T/67T/6t/s

v/m/s0ABT/3T/3T/3粒子在T/2時(shí)刻(即運(yùn)動(dòng)了T/3時(shí)間