高中物理 第一章 靜電場(chǎng) 第11講 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件 新人教版選修31.ppt

第一章靜電場(chǎng) 第11講帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1 會(huì)從力和能量角度分析計(jì)算帶電粒子在電場(chǎng)中加速和偏轉(zhuǎn)的有關(guān)問題 2 知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理 目標(biāo)定位 二 帶電粒子的偏轉(zhuǎn) 三 示波管的原理 欄目索引 一 帶電粒子的加速 對(duì)點(diǎn)檢測(cè)自查自糾 一 帶電粒子的加速 如圖1所示 初速度為零 質(zhì)量為m 帶電荷量為q的帶正電粒子 由靜止開始從正極板通過電勢(shì)差為u的電場(chǎng)到達(dá)負(fù)極板 求其速度時(shí)可根據(jù) mv2 得v 圖1 qu 答案 知識(shí)梳理 深度思考 1 若上述粒子從兩極板的中點(diǎn)由靜止開始運(yùn)動(dòng)到負(fù)極板 則粒子到達(dá)負(fù)極板的速度是多少 2 若上述粒子以速度v0從正極板運(yùn)動(dòng)到負(fù)極板 其速度又是多少 答案 典例精析 例1如圖2所示 m和n是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的兩個(gè)等勢(shì)面 相距為d 電勢(shì)差為u 一質(zhì)量為m 不計(jì)重力 電荷量為 q的粒子 以速度v0通過等勢(shì)面m射入兩等勢(shì)面之間 則該粒子穿過等勢(shì)面n的速度應(yīng)是 圖2 c 解析答案 總結(jié)提升 總結(jié)提升 1 兩類帶電體 1 基本粒子 如電子 質(zhì)子 粒子 離子等 除特殊說明外 一般忽略粒子的重力 但并不忽略質(zhì)量 2 帶電微粒 如液滴 油滴 塵埃 小球等 除特殊說明外 一般不忽略重力 2 處理加速問題的分析方法 1 根據(jù)帶電粒子所受的力 用牛頓第二定律求出加速度 結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式確定帶電粒子的速度 位移等 總結(jié)提升 2 一般應(yīng)用動(dòng)能定理來處理問題 若帶電粒子只受電場(chǎng)力作用 返回 針對(duì)訓(xùn)練1如圖3所示 兩平行的帶電金屬板水平放置 若在兩板中間a點(diǎn)從靜止釋放一帶電微粒 微粒恰好保持靜止?fàn)顟B(tài) 現(xiàn)將兩板繞過a點(diǎn)的軸 垂直于紙面 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45 再由a點(diǎn)從靜止釋放一同樣的微粒 該微粒將 a 保持靜止?fàn)顟B(tài)b 向左上方做勻加速運(yùn)動(dòng)c 向正下方做勻加速運(yùn)動(dòng)d 向左下方做勻加速運(yùn)動(dòng) 圖3 d 解析兩平行金屬板水平放置時(shí) 帶電微粒靜止有mg qe 現(xiàn)將兩板繞過a點(diǎn)的軸 垂直于紙面 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45 后 兩板間電場(chǎng)強(qiáng)度方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45 電場(chǎng)力方向也逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45 但大小不變 此時(shí)電場(chǎng)力和重力的合力大小恒定 方向指向左下方 故該微粒將向左下方做勻加速運(yùn)動(dòng) 選項(xiàng)d正確 解析答案 知識(shí)梳理 二 帶電粒子的偏轉(zhuǎn) 如圖4甲所示 質(zhì)量為m 電荷量為q的粒子 以初速度v0垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入兩平行板間場(chǎng)強(qiáng)為e的勻強(qiáng)電場(chǎng) 極板間距離為d 兩極板間電勢(shì)差為u 板長(zhǎng)為l 圖4 1 運(yùn)動(dòng)性質(zhì) 1 沿初速度方向 做速度為的運(yùn)動(dòng) 2 沿電場(chǎng)力方向 做初速度為 加速度為a 的勻加速直線運(yùn)動(dòng) v0 勻速直線 零 2 運(yùn)動(dòng)規(guī)律 1 偏轉(zhuǎn)距離 由t a 所以y at2 2 偏轉(zhuǎn)角度 因?yàn)関y at 所以tan 答案 3 結(jié)論 如圖乙所示 粒子射出電場(chǎng)時(shí)速度方向的反向延長(zhǎng)線過水平位移的中點(diǎn) 即粒子就像是從極板間處射出的一樣 深度思考 質(zhì)子和 粒子由靜止經(jīng)同一電場(chǎng)加速后再垂直進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng) 它們離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)偏移量相同嗎 為什么 答案相同 若加速電場(chǎng)的電壓為u0 有 即偏移量與m q均無關(guān) 答案 典例精析 例2一束電子流在經(jīng)u 5000v的加速電壓加速后 在距兩極板等距離處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng) 如圖5所示 若兩板間距離d 1 0cm 板長(zhǎng)l 5 0cm 那么 要使電子能從平行板間飛出 兩個(gè)極板上最大能加多大電壓 圖5 解析答案 解析加速過程中 由動(dòng)能定理有 進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng) 電子在平行于板面的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)l v0t在垂直于板面的方向電子做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 解析答案 即要使電子能飛出 兩極板上所加電壓最大為400v 答案400v 針對(duì)訓(xùn)練2裝置如例2 如果質(zhì)子經(jīng)同一加速電壓加速 u 5000v 但加速電場(chǎng)方向與例2相反 如圖6 從同一位置垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)電場(chǎng) d 1 0cm l 5 0cm 偏轉(zhuǎn)電壓u 400v 質(zhì)子能飛出電場(chǎng)嗎 如果能 偏移量是多大 圖6 返回 解析答案 總結(jié)提升 在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng) l v0t 即質(zhì)子恰好從板的右邊緣飛出 答案能0 5cm 總結(jié)提升 返回 總結(jié)提升 無論粒子的質(zhì)量m 電荷量q如何 只要經(jīng)過同一電場(chǎng)u1加速 再垂直進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)u2 它們飛出的偏移量y相同 y 偏轉(zhuǎn)角 tan 自己證明 也相同 所以同性粒子運(yùn)動(dòng)軌跡完全重合 三 示波管的原理 知識(shí)梳理 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 由一對(duì)x偏轉(zhuǎn)電極板和一對(duì)y偏轉(zhuǎn)電極板組成 和組成 如圖7所示 圖7 電子槍 偏轉(zhuǎn)電極 熒光屏 答案 2 原理 1 掃描電壓 xx 偏轉(zhuǎn)電極接入的是由儀器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓 2 燈絲被電源加熱后 發(fā)射出來的電子經(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y偏轉(zhuǎn)電極板上加一個(gè)電壓 在x偏轉(zhuǎn)電極板上加一周期的掃描電壓 在熒光屏上就會(huì)出現(xiàn)按y偏轉(zhuǎn)電壓規(guī)律變化的可視圖象 發(fā)射熱電子 信號(hào) 相同 答案 深度思考 示波管熒光屏上的亮線是怎樣產(chǎn)生的 所加的掃描電壓和信號(hào)電壓的周期要滿足什么條件才能得到待測(cè)信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)的穩(wěn)定圖象 答案電子打在熒光屏上將出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn) 若電子打在熒光屏上的位置快速移動(dòng) 由于視覺暫留效應(yīng) 能在熒光屏上看到一條亮線 所加的掃描電壓和信號(hào)電壓的周期相等才能得到待測(cè)信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)的穩(wěn)定圖象 答案 典例精析 例3示波管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8甲所示 如果在偏轉(zhuǎn)電極xx yy 之間都沒有加電壓 電子束將打在熒光屏中心 如果在偏轉(zhuǎn)電極xx 之間和yy 之間加上圖丙所示的幾種電壓 熒光屏上可能會(huì)出現(xiàn)圖乙中 a b 所示的兩種波形 則 圖8 a 若xx 和yy 分別加電壓 3 和 1 熒光屏上可以出現(xiàn)圖乙中 a 所示波形b 若xx 和yy 分別加電壓 4 和 1 熒光屏上可以出現(xiàn)圖乙中 a 所示波形c 若xx 和yy 分別加電壓 3 和 2 熒光屏上可以出現(xiàn)圖乙中 b 所示波形d 若xx 和yy 分別加電壓 4 和 2 熒光屏上可以出現(xiàn)圖乙中 b 所示波形 返回 解析答案 解析若xx 和yy 分別加電壓 3 和 1 則橫軸自左向右移動(dòng) 縱軸則按正弦規(guī)律變化 熒光屏上可以出現(xiàn)如圖 a 所示波形 a對(duì) 若xx 和yy 分別加電壓 4 和 1 則橫軸不變 即波形只在縱軸上 不管縱軸上面波形如何變化始終只能在橫軸出現(xiàn)一條線 a b 都不可能出現(xiàn) b錯(cuò) 若xx 和yy 分別加電壓 4 和 2 同理 d錯(cuò) 若xx 和yy 分別加電壓 3 和 2 則橫軸自原點(diǎn)先向正方向運(yùn)動(dòng)后返回向負(fù)方向運(yùn)動(dòng) 到負(fù)方向一定位置后又返回 縱軸則先為負(fù)的定值后為正的定值 熒光屏上可以出現(xiàn)如圖 b 所示波形 c對(duì) 答案ac 返回 對(duì)點(diǎn)檢測(cè)自查自糾 1 2 3 4 1 帶電粒子的直線運(yùn)動(dòng) 多選 如圖9所示 電子由靜止開始從a板向b板運(yùn)動(dòng) 當(dāng)?shù)竭_(dá)b極板時(shí)速度為v 保持兩板間電壓不變 則 a 當(dāng)增大兩板間距離時(shí) v增大b 當(dāng)減小兩板間距離時(shí) v增大c 當(dāng)改變兩板間距離時(shí) v不變d 當(dāng)增大兩板間距離時(shí) 電子在兩板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間也增大 圖9 解析答案 1 2 3 4 解析根據(jù)動(dòng)能定理研究電子由靜止開始從a板向b板運(yùn)動(dòng)列出等式 所以當(dāng)改變兩板間距離時(shí) v不變 故a b錯(cuò)誤 c正確 由于兩極板之間的電壓不變 所以極板之間的場(chǎng)強(qiáng)為 電子在電場(chǎng)中一直做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 解析答案 1 2 3 4 由此可見 當(dāng)增大兩板間距離時(shí) 電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間增大 故d正確 故選c d 答案cd 1 2 3 4 2 帶電粒子的偏轉(zhuǎn) 如圖10所示 有一帶電粒子貼著a板沿水平方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng) 當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為u1時(shí) 帶電粒子沿 軌跡從兩板正中間飛出 當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為u2時(shí) 帶電粒子沿 軌跡落到b板中間 設(shè)粒子兩次射入電場(chǎng)的水平速度相同 則兩次偏轉(zhuǎn)電壓之比為 a u1 u2 1 8b u1 u2 1 4c u1 u2 1 2d u1 u2 1 1 圖10 a 解析答案 1 2 3 4 3 對(duì)示波管原理的認(rèn)識(shí) 如圖11是示波管的原理圖 它由電子槍 偏轉(zhuǎn)電極 xx 和yy 熒光屏組成 管內(nèi)抽成真空 給電子槍通電后 如果在偏轉(zhuǎn)電極xx 和yy 上都沒有加電壓 電子束將打在熒光屏的中心o點(diǎn) 圖11 1 2 3 4 1 帶電粒子在 區(qū)域是加速的 在 區(qū)域是偏轉(zhuǎn)的 2 如果在熒光屏上p點(diǎn)出現(xiàn)亮斑 那么示波管中的 a 極板x應(yīng)帶正電b 極板x 應(yīng)帶正電c 極板y應(yīng)帶正電d 極板y 應(yīng)帶正電 ac 答案 1 2 3 4 4 帶電粒子的偏轉(zhuǎn) 如圖12為一真空示波管的示意圖 電子從燈絲k發(fā)出 初速度可忽略不計(jì) 經(jīng)燈絲與a板間的電壓u1加速 從a板中心孔沿中心線ko射出 然后進(jìn)入兩塊平行金屬板m n形成的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中 偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng) 電子進(jìn)入m n間電場(chǎng)時(shí)的速度與電場(chǎng)方向垂直 電子經(jīng)過電場(chǎng)后打在熒光屏上的p點(diǎn) 已知m n兩板間的電壓為u2 兩板間的距離為d 板長(zhǎng)為l 電子的質(zhì)量為m 電荷量為e 不計(jì)電子受到的重力及它們之間的相互作用力 圖12 1 2 3 4 1 求電子穿過a板時(shí)速度的大小 解析答案 1 2 3 4 2 求電子從