新教材物理必修帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)

第5節(jié)帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)1.學(xué)習(xí)運(yùn)用靜電力、電場強(qiáng)度等概念研究帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度、速度、位移等物理量的變化。2.學(xué)習(xí)運(yùn)用靜電力做功、電勢、電勢能、等勢面等概念研究帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量轉(zhuǎn)化。3.了解示波管的工作原理，體會(huì)靜電場知識(shí)對(duì)科學(xué)技術(shù)的影響。學(xué)習(xí)目標(biāo)一、帶電粒子的加速UEq加速勻速勻速類似于自由落體運(yùn)動(dòng)U+++++++-------FqqUm+_計(jì)算粒子到達(dá)另一個(gè)極板時(shí)的速度

d1、受力分析:F2、運(yùn)動(dòng)分析:

水平向右的電場力解法一運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān)解法二運(yùn)用動(dòng)能定理知識(shí)求解思考與討論

在上述問題中，兩塊金屬板是平行的，兩板間的電場是勻強(qiáng)電場。如果兩極板是其他形狀，中間的電場不在均勻，上面的結(jié)果是否仍然適用？為什么？若粒子的初速度為零,則:若粒子的初速度不為零,則:

由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無關(guān)，所以在處理電場對(duì)帶電粒子的加速問題時(shí)，一般都是利用動(dòng)能定理進(jìn)行處理。思考與討論E1（加速電壓）E1、帶電粒子平行于電場線進(jìn)入電場，做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。2、若粒子以初速度v0沿垂直場強(qiáng)方向進(jìn)入電場，離子的運(yùn)動(dòng)情況如何？+++++++++++++-------------v0Eq

ld+Uv0q、mF+vv0vyyθ3、偏轉(zhuǎn)角4、側(cè)移二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)+++++++++++++++++++

--------------------2、物體做類平拋運(yùn)動(dòng)1、受力分析：粒子受到豎直向下的靜電力F＝Eq=qU/d。

lF+++++++++++++++++++

--------------------v0vv0vyθ三、混合電場示例：讓一價(jià)氫離子，一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物經(jīng)過同一個(gè)加速電場由靜止開始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場里偏轉(zhuǎn)，他們是否會(huì)分離為三股粒子束？請通過計(jì)算說明。解：設(shè)加速電場電壓為U1，偏轉(zhuǎn)電場電壓為U2，寬為d，如圖所示U1U2d加速電場：偏轉(zhuǎn)電場：求得偏轉(zhuǎn)位移：與帶電粒子的質(zhì)量電量都無關(guān)U1U2d求的偏轉(zhuǎn)角：同樣與帶電粒子電量質(zhì)量都無關(guān)。粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場和偏轉(zhuǎn)電場決定，所以三種粒子不可能分開為三股。四、示波管原理示波器作用：是一種用來觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的電子儀器。電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYˊXXˊXˊXYYˊ產(chǎn)生高速飛行的電子束鋸齒形掃描電壓使電子沿Y方向偏移待顯示的電壓信號(hào)使電子沿X方向偏移思考與討論1、如果在電極XX’之間不加電壓，而在YY’之間加不變電壓，使Y的電勢比Y’高，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏電子沿Y方向向上偏移思考與討論

如果在電極YY’之間不加電壓，但在XX’之間加不變電壓，使X的電勢比X’高，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏電子沿X方向向里偏移思考與討論2、如果在電極XX’之間不加電壓，但在YY’之間加如圖所示的交變電壓，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？XˊXYˊUYtO

Yˊ隨信號(hào)電壓同步變化，但由于視覺暫留和熒光物質(zhì)的殘光特性，只能看到一條豎直的亮線。思考與討論3、如果在YY’之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在XX’之間加不變電壓，使X’的電勢比X高，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？看到一個(gè)點(diǎn)XˊXYYˊ思考與討論4、如果在YYˊ

之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在XXˊ

之間加鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？ABCDFABCt1DEFt2XˊXYYˊtOUYUXOtABCDEEFt2t1t2t1看到一個(gè)余弦函數(shù)圖像如果信號(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信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定圖象。示波器圖象tOUYUXOtXˊXYYˊ?？碱}型題組一帶電粒子在電場中的加速D題2［2019·山東淄博第一中學(xué)期中］如圖所示，P和Q為兩平行金屬板，板間電壓為U，在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運(yùn)動(dòng)。關(guān)于電子到達(dá)Q板時(shí)的速率，下列說法正確的是（）A.兩板間距離越大，加速時(shí)間越長，獲得的速率就越大B.兩板間距離越小，加速度越大，獲得的速率就越大C.與兩板間距離無關(guān)，僅與加速電壓U有關(guān)D.以上說法都不正確解析：兩極板間的電壓不變，根據(jù)動(dòng)能定理得，

電子獲得的速度與兩板間距離無關(guān)，僅與加速電壓U有關(guān)，C正確。C題組二帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)題3如圖所示，兩個(gè)相同極板長為l，相距為d，極板間的電壓為U。一個(gè)電子沿平行于板面的方向射入電場并能夠射出電場，射入時(shí)的速度為v0，電子的電荷量為e、質(zhì)量為m，求電子射出電場時(shí)沿垂直于板面方向偏移的距離y和射出電場時(shí)的速度v。題4［2019·吉林梅河口高二測試］如圖所示，帶電荷量之比為qA∶qB=1∶3的帶電粒子A、B，先后以相同的速度從同一點(diǎn)射入平行板電容器中，不計(jì)重力，帶電粒子偏轉(zhuǎn)后打在同一極板上，水平飛行距離之比為xA∶xB=2∶1，則帶電粒子的質(zhì)量之比mA∶mB以及在電場中飛行時(shí)間之比tA∶tB分別為（）A.1∶12∶3 B.2∶13∶2 C.1∶13∶4 D.4∶32∶1D

題組三帶電粒子運(yùn)動(dòng)的臨界問題題6如圖所示，一束電流在經(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。若兩板間距d=1.0cm，板長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？題7如圖所示，A、B為兩塊足夠大的平行金屬板，接在電壓為U的電源上。在A板的中央P點(diǎn)處放置一個(gè)電子放射源，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，射出的電子初速度為v。求電子打在B板上的區(qū)域面積。（不計(jì)電子的重力）題組四帶電粒子在變化電場中的運(yùn)動(dòng)題8［2019·吉林梅河口五中高二月考］如圖1-9-8甲所示，兩平行正對(duì)的金屬板A、B間加有如圖乙所示的交變電壓，一重力可忽略不計(jì)的帶正電粒子被固定在兩板的正中間P處。若在t0時(shí)刻釋放該粒子，粒子會(huì)時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng)，并最終打在A板上。則t0可能屬于的時(shí)間段是（）B題9［2019·江蘇揚(yáng)州中學(xué)高二檢測］［多選］如圖甲所示，兩平行金屬板MN、PQ的板長和板間距離相等，板間存在如圖乙所示的隨時(shí)間周期性變化的電場，電場方向與兩板垂直，不計(jì)重力的帶電粒子沿板間中線垂直電場方向源源不斷地射入電場，粒子射入電場時(shí)的初動(dòng)能均為Ek。已知t=0時(shí)刻射入電場的粒子剛好沿上板右邊緣垂直電場方向射出電場。

則（）A.所有粒子最終都垂直電場方向射出電場B.t=0之后射入電場的粒子有可能會(huì)打到極板上C.所有粒子在經(jīng)過電場過程中最大動(dòng)能都不可能超過2EkD.若入射速度加倍成2v0，則粒子從電場射出時(shí)的側(cè)向位移與v0相比必定減半AC題組五帶電粒子在電場與重力場的復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)題10［2019·河北武邑中學(xué)高二期中］一平行板電容器板長為L，兩板間距離為d，將其傾斜放置，如圖所示，兩板間形成一勻強(qiáng)電場。現(xiàn)有一質(zhì)量為m，電荷量為+Q的油滴以初速度v0自左側(cè)下板邊緣處水平進(jìn)入兩板之間，沿水平方向運(yùn)動(dòng)并恰從右側(cè)上板邊緣處離開電場。求兩板間電勢差的大小為多少？題11［2019·南京師大附中期末］［多選］有三個(gè)質(zhì)量相等的分別帶有正電、負(fù)電和不帶電的微粒，從極板左側(cè)中央以相同的水平初速度v先后平行極板方向射入，分別落到極板A、B、C處，如圖所示，則下列說法正確的有（）A.落在A處的微粒帶正電，B處的不帶電，C處的帶負(fù)電B.三個(gè)微粒在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等C.三個(gè)微粒到達(dá)極板時(shí)的速率vC>vB>vAD.三個(gè)微粒在電場中運(yùn)動(dòng)的加速度aC>aB>aAACD

題12［2019·黑龍江肇東一中高二月考］如圖所示，真空中存在空間范圍足夠大的、水平向右的勻強(qiáng)電場。在電場中，若將一個(gè)質(zhì)量為m、帶正電的小球由靜止釋放，以后運(yùn)動(dòng)中小球的速度方向與豎直方向夾角恒為37°（取sin37°=0.6，cos37°=0.8），現(xiàn)將該小球從電場中某點(diǎn)P以初速度v0豎直向上拋出，重力加速度為g，求：（1）小球受到的靜電力的大小及方向；（2）小球從拋出至運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)的過程中，靜電力所做的功。題13［2019·山東日照第一中學(xué)期中］如圖所示，質(zhì)量為m，帶電荷量為+q的滑塊，沿絕緣斜面勻速下滑，當(dāng)滑塊滑至豎直向下的勻強(qiáng)電場區(qū)域時(shí)，滑塊運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)為（）A.將加速下滑B.繼續(xù)勻速下滑C.將減速下滑D.以上三種情況都有可能B題14［全國Ⅱ卷］如圖所示，勻強(qiáng)電場中有一半徑為r的光滑絕緣圓軌道，軌道平面與電場方向平行。a、b為軌道直徑的兩端，該直徑與電場方向平行。一電荷量為q（q>0）的質(zhì)點(diǎn)沿軌道內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過a點(diǎn)和b點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道壓力的大小分別為Na和Nb。不計(jì)重力，求電場強(qiáng)度的大小E、質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過a點(diǎn)和b點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能。題組六示波管原理

【解析】在0~2t1時(shí)間內(nèi)，掃描電壓掃描一次，