高中物理人教版選修3-1 1.9 帶電粒子在電場中的運動

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,歡迎進入物理課堂,第九節(jié)帶電粒子在電場中的運動,課標解讀1.掌握帶電粒子在電場中加速和偏轉所遵循的規(guī)律2.知道示波器的主要構造和工作原理3.學習運用靜電力做功,電勢?電勢差,等勢面等概念研究帶電粒子在電場中運動時的能量轉化,課前自主學習一?帶電粒子在電場中的加速1.常見帶電粒子及受力特點電子?質子?α粒子,離子等帶電粒子在電場中受到靜電力遠大于重力,通常情況下,重力可以忽略,2.加速(1)帶電粒子以與電場線平行的初速度v0進入勻強電場?帶電粒子做直線運動,則(2)帶電粒子的初速度為零,經過電勢差為U的電場加速后,,二?帶電粒子的偏轉1.進入電場的方式:以初速度v0垂直于電場方向進入勻強電場2.受力特點:電場力大小不變,且方向與初速度方向垂直3.運動特點:做勻變速曲線運動,與力學中平拋運動類似,故稱做類平拋運動.,4.運動規(guī)律(1)垂直電場方向,速度vx=v0,位移x=v0t(2)平行電場方向:速度vy=位移(3)偏轉角度tanθ=,三?示波器的原理示波器的核心部件是示波管,示波管是真空管,主要由三部分組成,這三部分分別是電子槍?偏轉電極和熒光屏.示波器的基本原理是利用電子在電場中的加速和偏轉.,知識梳理圖,課堂互動探究一?帶電粒子的加速帶電粒子在電場中受到電場力作用,是否考慮粒子受到重力作用,要根據具體情況而定,一般說來,基本粒子,如:電子?質子?α粒子?離子等除有說明或有明確暗示以外,一般不考慮重力(但質量不能忽略);帶電粒子:如液滴?油滴?塵埃?小球等除說明或明確暗示外,一般不能忽略重力.,1.運動狀態(tài)分析:帶電粒子沿電場線平行的方向進入勻強電場,受到的電場力與運動方向在同一直線上,做勻變速直線運動.2.用功能觀點分析:粒子動能的變化量等于電場力做的功,若粒子的初速度為零,則:qU=mv2若粒子初速度不為零,則:,二?帶電粒子在勻強電場中的偏轉1.運動狀態(tài)分析:帶電粒子以速度v0垂直于電場線方向飛入勻強電場時,受到恒定的與初速度方向成90角的電場力作用而做勻變速曲線運動.2.偏轉問題的分析處理方法類似于平拋運動的分析處理,應用運動的合成和分解的方法:沿初速度方向為勻速直線運動,運動時間:,沿電場力方向為初速度為零的勻加速度直線運動:離開電場時的偏移量:離開電場時的偏轉角:tanθ=,3.推論:粒子從偏轉電場中射出時,其速度反向延長線與初速度方向交于一點,此點平分沿初速度方向的位移.在下圖中,設帶電粒子質量為m?帶電量為q,以速度v0垂直于電場線射入勻強偏轉電場,偏轉電壓為U1.若粒子飛出電場時偏角為θ,則tanθ=式中vy=at=vx=v0,代入得tanθ=,粒子從偏轉電場中射出時偏移量做粒子速度的反向延長線,設交于O點,O點與電場邊緣的距離為x,則由此O點平分了沿初速方向的位移式可知,粒子從偏轉電場中射出時,就好像是從極板間l/2處沿直線射出似的.,說明:此推論在解題時可直接應用.,4.帶電粒子先經加速電場(電壓U加)加速,又進入偏轉電壓(電壓U偏),射出偏轉電壓時側移由以上分析可知:不同的帶電粒子(電性相同),若經同一電場加速后,又進入同一偏轉電場,則它們的運動軌跡必然重合.,三?示波管的原理如下圖所示為示波管的原理圖.,注意:管的內部抽成真空.對示波管的分析有以下兩種情形1.偏轉電極不加電壓:從電子槍射出的電子將沿直線運動,射到熒光屏的中心點形成一個亮斑.2.僅在XX′(或YY′)加電壓:(1)若所加電壓穩(wěn)定,則電子流被加速?偏轉后射到XX′或(YY′)所在直線上某一點,形成一個亮斑(不在中心),如下圖所示.,在上圖中,設加速電壓為U,偏轉電壓為U′,電子電量為e,電子質量為m,由W=ΔEk得eU=mv20.①在電場中側移②其中d為兩板的間距.水平方向t=.③又tanφ=④⑤,由①②③④⑤得熒光屏上的側移y′=(L′+)=tanφ(L′+).,(2)若所加電壓按正弦函數規(guī)律變化,如U′=Umsinωt,偏移也將按正弦規(guī)律變化,如x=xmsinωt或y=ymsinωt,則亮斑在水平方向或豎直方向做簡諧運動.說明:當電壓變化很快時,亮斑移動很快,由于視覺暫留和熒光物質的殘光特性,亮斑的移動看起來就成為一條水平或豎直的亮線.,典例分析一?帶電粒子在電場中的加速例1:(2009天津高考)如圖所示,帶等量異號電荷的兩平行金屬板在真空中水平放置,M?N為板間同一電場線上的兩點,一帶電粒子(不計重力)以速度vm經過M點在電場線上向下運動,且未與下板接觸,一段時間后,粒子以速度vN折回N點,則(),A.粒子受電場力的方向一定由M指向NB.粒子在M點的速度一定比在N點大C.粒子在M點的勢能一定比在N點大D.電場中M點的電勢一定高于N點的電勢,解析:根據題意可知帶電粒子受到向上的電場力,故A選項錯誤;由M到N電場力做負功,粒子電勢能增加,C選項錯誤;根據動能定理:W=mvn2-mv2m.由題意知W<0即vn0,ΔE>0解析:小球由a到b的過程,位置升高,重力勢能增加ΔE1>0,電場力做正功,電勢能減小.ΔE2<0,動能?重力勢能?電勢能三種形式的能相互轉化,動能由零增加到某一值,所以重力勢能和電勢能的和必減少,故ΔE<0,C選項正確.答案:C,10.如圖所示,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)的條件下,下述四種情況下,一定能使電子的偏移量y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,答案:B,11.如下圖所示,一個電子以4106m/s的速度沿與電場垂直的方向從A點飛進勻強電場,并且從另一端B點沿與場強方向成150角方向飛出,那么,A?B兩點間的電勢差為多少伏?(電子的質量為9.110-31kg),解析:電子在水平方向做勻速直線運動,即達B點時,水平分速度仍為vA,則vB=vA/cos60=2vA,由動能定理:-eUAB=mv2B-mv2A.解得UAB=-1.4102V.,答案:-1.4102V,12.如圖所示,A?B兩個帶電離子(不計重力),qA:qB=3:1,它們以相同的初速度垂直于場強方向進入,A粒子落在N板中心,B粒子落在N板的邊緣.求:,(1)A?B兩粒子的質量之比;(2)A?B兩粒子的動能增量之比;(3)A?B兩粒子的動量增量之比.解析:對此類綜合題,應靈活運用運動學公式,動能定理及動量定理來巧妙處理.,答案:(1)3:4(2)3:1(3)3:2,13.如圖所示,兩塊與水平方向成θ角的平行金屬板長均為l,正對放置,帶等量異種電荷,有一質量為m,帶電荷量為+q的微粒從金屬板的A端以速度v0沿水平方向進入兩板之間,并沿直線從金屬板D端射出,試求兩板間的電壓是多少?帶電微粒從D點射出時的速度為多大?,解析:分析帶電微粒受力,由題意可知其受力如圖所示,同學們,來學校和回家的路上要注意安全,同學們,來學校和回家的路上要注意安全,