高中物理 1.9帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件2 新人教版選修3-1.ppt

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第一章 靜電場(chǎng),第九節(jié) 帶點(diǎn)粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),某些帶電體是否考慮重力， 要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)判定,電場(chǎng)中的帶電粒子一般可分為兩類(lèi)：,1、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子，α粒子，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和電場(chǎng)力相比在小得多，除非有說(shuō)明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。,2、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說(shuō)明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。,帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：,勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)—加速、減速,勻變速曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)—偏轉(zhuǎn),,1.平衡 （F合=0）,2.勻變速運(yùn)動(dòng) （F合≠0）,靜止,勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),,,如圖所示，在真空中有一對(duì)平行金屬板，兩板間加以電壓U。兩板間有一帶正電荷q的帶電粒子。它在電場(chǎng)力的作用下，由靜止開(kāi)始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng)，到達(dá)負(fù)板時(shí)的速度有多大？(不考慮粒子的重力）,一、帶電粒子的加速,1、受力分析:,水平向右的電場(chǎng)力 F＝Eq=qU/d,2、運(yùn)動(dòng)分析:,初速度為零，加速度為a=qU/md的向右勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。,如圖所示，在真空中有一對(duì)平行金屬板，兩板間加以電壓U。兩板間有一帶正電荷q的帶電粒子。它在電場(chǎng)力的作用下，由靜止開(kāi)始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng)，到達(dá)負(fù)板時(shí)的速度有多大？(不考慮粒子的重力）,一、帶電粒子的加速,解法一 運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解,,如圖所示，在真空中有一對(duì)平行金屬板，兩板間加以電壓U。兩板間有一帶正電荷q的帶電粒子。它在電場(chǎng)力的作用下，由靜止開(kāi)始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng)，到達(dá)負(fù)板時(shí)的速度有多大？(不考慮粒子的重力）,一、帶電粒子的加速,解法二 運(yùn)用能量知識(shí)求解,如兩極板間不是勻強(qiáng)電場(chǎng)該用何種方法求解？為什么？,由于電場(chǎng)力做功與場(chǎng)強(qiáng)是否勻強(qiáng)無(wú)關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無(wú)關(guān)，第二種方法仍適用！,思考:,若粒子的初速度為零,則:,若粒子的初速度不為零,則:,例題1：熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在金屬絲和金屬板間加以電壓U=2500V，發(fā)射出的電子在真空中被加速后，從金屬板的小孔穿出。電子射出后的速度有多大？設(shè)電子剛從金屬絲射出時(shí)的速度為零。,解:電子電荷量為e,根據(jù)動(dòng)能定理可得,所以,如圖所示,從燈絲逸出的電子,其速度可以認(rèn)為是零,那么電子通過(guò)A板小孔時(shí)的動(dòng)能為 eV,通過(guò)B板小孔時(shí)的動(dòng)能為 eV,打到C板時(shí)的動(dòng)能為 eV,45,45,15,加速,勻速,減速,結(jié)論： 由于電場(chǎng)力做功與場(chǎng)強(qiáng)是否勻強(qiáng)無(wú)關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無(wú)關(guān)，所以在處理電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速問(wèn)題時(shí)，一般都是利用動(dòng)能定理進(jìn)行處理。,如圖所示，在真空中水平放置一對(duì)金屬板Y和Y’，板間距離為d。在兩板間加以電壓U，一電荷量為q質(zhì)量為m的帶電粒子從極板中央以水平速度v0射入電場(chǎng)。試分析帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況。(不計(jì)粒子的重力),二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn),1、受力分析：,2、運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析:,粒子受到豎直向下的電場(chǎng)力F＝Eq=qU/d,粒子作類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)。,x方向：勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),Y方向：初速度為零的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),,v0,離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角：,離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)偏轉(zhuǎn)量：,推論:粒子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí),其速度反向延長(zhǎng)線(xiàn)與初速度方向交一點(diǎn),此點(diǎn)平分沿初速度方向的位移,,解:電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后,在豎直方向做初速度為零的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng).,加速度,所以偏移距離,所以偏移角度,粒子在與電場(chǎng)平行的方向上做 初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng),結(jié)論： 帶電粒子初速度垂直于電場(chǎng)方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)的問(wèn)題就是一個(gè)類(lèi)平拋的問(wèn)題,粒子在與電場(chǎng)垂直的方向上做 勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),讓質(zhì)子、 、 的混合物沿著與電場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，要使它們的偏轉(zhuǎn)角相同，則這些粒子必須具有相同的( ) A.初速度 B.初動(dòng)能 C.初動(dòng)量 D.質(zhì)量,B,三個(gè)α粒子在同一地點(diǎn)沿同一方向垂直飛入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),出現(xiàn)了如圖所示的軌跡,由此可以判斷( ) A.在b飛離電場(chǎng)的同時(shí),a剛好打在其極板上 B.b和c同時(shí)飛離電場(chǎng) C.進(jìn)入電場(chǎng)時(shí),c的速度最大,a的速度最小 D.動(dòng)能的增加值c最小,a和b一樣大,ACD,如圖所示,相距為d長(zhǎng)度為l的平行板AB加上電壓后,可在A、B之間的空間中產(chǎn)生電場(chǎng),在A、B左端距AB等距離處的O點(diǎn),有一電量為+q質(zhì)量為m的粒子以初速度V0沿水平方向(與A、B板平行)射入.不計(jì)重力,要使此粒子能從C處射出,則A、B間的電壓應(yīng)為( ) A. B. C. D.,A,C,如圖所示,兩極板與電源相連接,電子從負(fù)極板邊緣垂直電場(chǎng)方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng),且恰好從正極板邊緣飛出,現(xiàn)在使電子射入速度變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍,而電子仍從原來(lái)位置射入,且仍從正極板邊緣飛出,則兩極板間距離就變?yōu)樵瓉?lái)的( ) A.2倍 B.4倍 C. 倍 D. 倍,C,如圖所示，在真空中豎直放置一對(duì)金屬板x和x’,加電壓U1;水平放置一對(duì)金屬板Y和Y’，板間距離為d。加電壓U2，一電荷量為-q質(zhì)量為m的帶電粒子從x極板由靜止出發(fā)。試分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況。(不計(jì)粒子的重力),,,,,,+,_,,,三、 加速和偏轉(zhuǎn)一體,,,L,,,v0,加速,偏轉(zhuǎn),三、 加速和偏轉(zhuǎn)一體,,,,,,+,_,,v,,,,L,,,v0,,加速,偏轉(zhuǎn),電荷經(jīng)加速電場(chǎng)加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),通過(guò)加速電場(chǎng)的末速度為進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的初速度,如圖所示,初速度為零的電子在電勢(shì)差為U1的電場(chǎng)中加速后,垂直進(jìn)入電勢(shì)差為U2的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),在滿(mǎn)足電子能射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的條件下,下列四種情況中,一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角度變大的是( ) 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,B,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(chǎng),如圖所示,若兩板間距d=1.0 cm,板長(zhǎng)l=5.0cm,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.,偏轉(zhuǎn)電壓越高,偏轉(zhuǎn)量就越大.,設(shè)電子剛好能從極板邊緣飛出.即這時(shí)偏轉(zhuǎn)量最大等于d/2,所加電壓為最大值.,如圖所示,初速度為零的α粒子和電子在電勢(shì)差為U1的電場(chǎng)中加速后,垂直進(jìn)入電勢(shì)差為U2的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),在滿(mǎn)足電子能射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的條件下,正確的說(shuō)法是( ) A. α粒子的偏轉(zhuǎn)量大于電子的偏轉(zhuǎn)量 B. α粒子的偏轉(zhuǎn)量小于電子的偏轉(zhuǎn)量 C. α粒子的偏轉(zhuǎn)角大于電子的偏轉(zhuǎn)角 D. α粒子的偏轉(zhuǎn)角等于電子的偏轉(zhuǎn)角,D,帶電粒子的偏移量由系統(tǒng)決定,而與粒子的質(zhì)量、電荷量無(wú)關(guān),,設(shè)偏轉(zhuǎn)極板長(zhǎng)為l=1.6cm, 兩板間的距離為d=0.50cm,偏轉(zhuǎn)板的右端距屏L=3.2cm,若帶粒子的質(zhì)量為1.6X10-10kg,以20m/s的初速度垂直電場(chǎng)方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),兩偏轉(zhuǎn)板間的電壓是8.0X103V,若帶電粒子打到屏上的點(diǎn)距原射入方向的距離是2.0cm,求這帶電粒子所帶電荷量(不計(jì)空氣阻力和重力).,V0,,,,,,,,,,2.0cm,y,,,,,l,L,,偏轉(zhuǎn),勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),,V1,,,,,,,,Y,Y’,X,X’,-,,,+,-,,,,-,,,,+,-,若金屬平行板水平放置,電子將在豎直方向發(fā)生偏轉(zhuǎn),若金屬平行板豎直放置,電子將在水平方向發(fā)生偏轉(zhuǎn),,偏轉(zhuǎn)電極的不同放置方式,四、示波器,1、作用：觀(guān)察電信號(hào)隨時(shí)間變化的情況,2、組成：示波管（內(nèi)部是真空的）、電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成。,,,,,,,1.如果在電極XX’之間不加電壓,但在YY’之間加不變的電壓,使Y的電勢(shì)比Y’高(有時(shí)說(shuō)這種情況是”Y正、Y’負(fù)”),電子束運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受哪個(gè)方向的力?電子將打在熒光屏的什么位置?,,,1.如果在YY’ 之間不加電壓,而在XX’之間加不變的電壓, (X正、X’負(fù)), 電子將打在熒光屏的什么位置?,,,,,,,2.如果在XX’ 之間不加電壓,而在YY’之間所加的電壓按圖所示的規(guī)律隨時(shí)間變化，在熒光屏?xí)吹绞裁磮D形？,,,,,Uy,t,,,,,,3.如果YY’之間的電壓仍然如圖所示，而在XX’ 之間加不變的電壓(X正、X’負(fù)”), 在熒光屏?xí)吹绞裁磮D形？,,,,,,,Uy,t,,,,,,3.如果YY’之間的電壓仍然如圖所示，而在XX’ 之間加不變的電壓(X負(fù)、X’正), 在熒光屏?xí)吹绞裁磮D形？,,,,,,,Uy,t,,,,,,3.如果YY’之間的電壓仍然如圖所示，而在XX’ 之間所加的電壓按圖所示, 在熒光屏?xí)吹绞裁磮D形？,,,,,,,Uy,t,,,UX,t,,t2,t2,,,如果信號(hào)電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號(hào)電壓的周期相同，就可以在熒光屏上得到待測(cè)信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定圖象,,,,,