高二物理人教版選修3-1課件 第1章靜電場(chǎng) 第9節(jié)《帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第九節(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 掌握帶電粒子在電場(chǎng)中加速和偏轉(zhuǎn)所遵循的規(guī)律 2 知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理 重點(diǎn)難點(diǎn) 應(yīng)用動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)和功能關(guān)系來(lái)分析帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)問(wèn)題 易錯(cuò)問(wèn)題 何時(shí)考慮帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的重力 一 帶電粒子1 帶電粒子 如電子 質(zhì)子等 由于質(zhì)量很小 重力靜電力 故重力可以忽略 2 帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的兩種最簡(jiǎn)單的情況是加速和偏轉(zhuǎn) 遠(yuǎn)小于 二 帶電粒子的加速如圖1 9 1所示 質(zhì)量為m 帶正電荷q的粒子 在靜電力作用下由靜止開(kāi)始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中 圖1 9 1 1 靜電力對(duì)它做的功 W 2 帶電粒子到達(dá)負(fù)極板速率為v 它的動(dòng)能為Ek mv2 3 由動(dòng)能定理可知 可解出v 4 帶電粒子在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中加速 上述結(jié)果仍適用 qU 三 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)1 進(jìn)入電場(chǎng)的方式 以初速度v0垂直于電場(chǎng)線方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng) 2 受力特點(diǎn) 電場(chǎng)力大小 且方向與初速度v0的方向 3 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 做運(yùn)動(dòng) 與力學(xué)中的類似 不變 垂直 勻變速曲線 平拋運(yùn)動(dòng) 4 運(yùn)動(dòng)規(guī)律 如圖1 9 2所示 圖1 9 2 1 水平方向 速度 vx 位移 x l v0 v0t 2 豎直方向 速度 vy at 位移 3 偏轉(zhuǎn)角度 tan 四 示波管的原理1 構(gòu)造示波管是示波器的核心部件 外部是一個(gè)抽成真空的玻璃殼 內(nèi)部主要由 由發(fā)射電子的燈絲 加速電極組成 由偏轉(zhuǎn)電極XX 和偏轉(zhuǎn)電極YY 組成 和組成 如圖1 9 3所示 電子槍 偏轉(zhuǎn)電極 熒光屏 圖1 9 3 2 原理燈絲被電源加熱后 出現(xiàn)熱電子發(fā)射 發(fā)射出來(lái)的電子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后 以很大的速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng) 如在電極YY 之間加一個(gè) 在XX 偏轉(zhuǎn)板上加一 在熒光屏上就會(huì)出現(xiàn)按YY 偏轉(zhuǎn)電壓規(guī)律變化的可視圖象 待顯示的信號(hào)電壓 儀器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓 一 帶電粒子的加速1 受力分析 因帶電粒子 電子 質(zhì)子 粒子 受到的重力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電場(chǎng)力 所以討論帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題時(shí)可忽略重力 而帶電液滴 小球 塵埃則不可忽略重力 在分析這類問(wèn)題時(shí)只需求電場(chǎng)力與重力的合力就可以了 2 處理方法 可以從動(dòng)力學(xué)和功能關(guān)系兩個(gè)角度進(jìn)行分析 其比較如下 1 對(duì)帶電粒子進(jìn)行受力分析 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)分析 力做功情況分析是選擇規(guī)律解題的關(guān)鍵 2 選擇解題的方法是優(yōu)先從功能關(guān)系角度考慮 應(yīng)用功能關(guān)系列式簡(jiǎn)單 方便 不易出錯(cuò) 二 帶電粒子的偏轉(zhuǎn) 如圖1 9 4所示 圖1 9 4 1 基本關(guān)系 對(duì)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題也可以選擇動(dòng)能定理求解 但只能求出速度的大小 不能求出速度的方向 涉及到方向問(wèn)題 必須采用把運(yùn)動(dòng)分解的方法 如圖1 9 5所示 在點(diǎn)電荷 Q的電場(chǎng)中有A B兩點(diǎn) 將質(zhì)子和 粒子分別從A點(diǎn)由靜止釋放 到達(dá)B點(diǎn)時(shí) 它們的速度大小之比是多少 例1 圖1 9 5 思路點(diǎn)撥 帶電粒子被加速 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中做變速運(yùn)動(dòng) 解決問(wèn)題的方法是利用動(dòng)能定理 答案 1 1 2010年北京海淀區(qū)高二教學(xué)質(zhì)量檢測(cè) 圖1 9 6為示波管中電子槍的原理示意圖 示波管內(nèi)被抽成真空 A為發(fā)射熱電子的陰極 K為接在高電勢(shì)點(diǎn)的加速陽(yáng)極 A K間電壓為U 電子離開(kāi)陰極時(shí)的速度可以忽略 電子經(jīng)加速后從K的小孔中射出的速度大小為v 下面的說(shuō)法中正確的是 圖1 9 6 如圖1 9 7所示 有一電子 電量為e 經(jīng)電壓U0加速后 進(jìn)入兩塊間距為d 電壓為U的平行金屬板間 若電子從兩板正中間垂直電場(chǎng)方向射入 且正好能穿過(guò)電場(chǎng) 求 1 金屬板AB的長(zhǎng)度 2 電子穿出電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能 圖1 9 7 例2 2 設(shè)電子穿過(guò)電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能為Ek 根據(jù)動(dòng)能定理Ek 2 如圖1 9 8所示 A B為兩塊足夠大的相距為d的平行金屬板 接在電壓為U的電源上 在A板的中央P點(diǎn)放置一個(gè)電子發(fā)射源 可以向各個(gè)方向釋放電子 設(shè)電子的質(zhì)量為m 電荷量為e 射出的初速度為v 求電子打在B板上的區(qū)域面積 不計(jì)電子的重力 圖1 9 8 解析 打在最邊緣的電子 其初速度方向平行于金屬板 在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng) 在垂直于電場(chǎng)方向做勻速運(yùn)動(dòng) 即r vt 在平行電場(chǎng)方向做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng) 即d at2 2010年濟(jì)南市高二質(zhì)檢 如圖1 9 9所示 在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中的A點(diǎn) 有一個(gè)質(zhì)量為m 帶電荷量為 q的油滴以速度v豎直向上運(yùn)動(dòng) 已知當(dāng)油滴經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)B時(shí) 速度大小也為v 求 場(chǎng)強(qiáng)E的大小及A B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差 圖1 9 9 例3 解析 油滴在重力和電場(chǎng)力兩個(gè)恒力作用下 從A向B運(yùn)動(dòng) 這一運(yùn)動(dòng)可以看成是豎直上拋運(yùn)動(dòng)和水平方向上初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng) 所以可以選擇有關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)的知識(shí)和動(dòng)能定理解題 根據(jù)分運(yùn)動(dòng)與合運(yùn)動(dòng)的等時(shí)性以及勻變速直線運(yùn)動(dòng)平均速度公式有 由動(dòng)能定理得 qEx mgh 0 即 再由動(dòng)能定理得 qUAB mgh 0 mgh mv2 所以 答案 見(jiàn)解析 題后反思 本題首先要體會(huì)關(guān)鍵詞 最高點(diǎn)B 的含義 既然是最高點(diǎn) 必然意味著豎直分速度為零 即小球只有水平速度v 這是解決此題的關(guān)鍵 然后 運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和動(dòng)能定理求解 3 如圖1 9 10所示 在距地面一定高度的位置以初速度v0向右水平拋出一個(gè)質(zhì)量為m 電荷量為q的帶負(fù)電小球 小球的落地點(diǎn)與拋出點(diǎn)之間有一段相應(yīng)的水平距離 水平射程 若在空間上加一豎直方向的勻強(qiáng)電場(chǎng) 使小球的水平射程變?yōu)樵瓉?lái)的 求此電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小和方向 圖1 9 10 答案 方向豎直向上 1 關(guān)于帶電粒子 不計(jì)重力 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況 下列說(shuō)法正確的是 A 一定是勻變速運(yùn)動(dòng)B 不可能做勻減速運(yùn)動(dòng)C 一定做曲線運(yùn)動(dòng)D 可能做勻變速直線運(yùn)動(dòng) 不可能做勻變速曲線運(yùn)動(dòng) 解析 選A 帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中受恒定合外力 電場(chǎng)力 作用 一定做勻變速運(yùn)動(dòng) 初速度與合外力共線時(shí) 做直線運(yùn)動(dòng) 不共線時(shí)做曲線運(yùn)動(dòng) A對(duì) B C D錯(cuò) 2 如圖1 9 11所示 a b c表示點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中三個(gè)等勢(shì)面 它們的電勢(shì)分別為 a U b U c U 一帶電粒子從等勢(shì)面a上某處由靜止釋放后 僅受電場(chǎng)力作用而運(yùn)動(dòng) 已知它經(jīng)過(guò)等勢(shì)面b時(shí)的速率為vb 則它經(jīng)過(guò)等勢(shì)面c時(shí)的速率為 圖1 9 11 3 如圖1 9 12所示是一個(gè)示波管工作的原理圖 電子經(jīng)過(guò)加速后以速度v0垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng) 離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)偏轉(zhuǎn)量是h 兩平行板間距離為d 電勢(shì)差為U 板長(zhǎng)為l 每單位電壓引起的偏移量 h U 叫示波器的靈敏度 若要提高其靈敏度 可采用下列哪種辦法 A 增大兩極板間的電壓B 盡可能使板長(zhǎng)l做得短些C 盡可能使板間距離d減小些D 使電子入射速度v0大些 圖1 9 12 4 如圖1 9 13所示 氕 氘 氚的原子核自初速度為零經(jīng)同一電場(chǎng)加速后 又經(jīng)同一勻強(qiáng)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn) 最后打在熒光屏上 那么 圖1 9 13 A 經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)過(guò)程 電場(chǎng)力對(duì)氚核做的功最多B 經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)過(guò)程 電場(chǎng)力對(duì)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 5 如圖1 9 14所示 質(zhì)量為m 電荷量為e的電子 從A點(diǎn)以速度v0垂直場(chǎng)強(qiáng)方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng)中 從B點(diǎn)射出電場(chǎng)時(shí)的速度方向與電場(chǎng)線成120 角 則A B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差是多少 圖1 9 14 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全