高中物理 1.9帶電粒子在電場中的運動課件2 新人教版選修3-1.ppt

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第一章 靜電場,第九節(jié) 帶點粒子在電場中的運動,某些帶電體是否考慮重力， 要根據(jù)題目暗示或運動狀態(tài)來判定,電場中的帶電粒子一般可分為兩類：,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力相比在小得多，除非有說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。除非有說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。,帶電粒子在勻強電場中運動狀態(tài)：,勻變速直線運動—加速、減速,勻變速曲線運動—偏轉(zhuǎn),,1.平衡 （F合=0）,2.勻變速運動 （F合≠0）,靜止,勻速直線運動,,,如圖所示，在真空中有一對平行金屬板，兩板間加以電壓U。兩板間有一帶正電荷q的帶電粒子。它在電場力的作用下，由靜止開始從正極板向負(fù)極板運動，到達(dá)負(fù)板時的速度有多大？(不考慮粒子的重力）,一、帶電粒子的加速,1、受力分析:,水平向右的電場力 F＝Eq=qU/d,2、運動分析:,初速度為零，加速度為a=qU/md的向右勻加速直線運動。,如圖所示，在真空中有一對平行金屬板，兩板間加以電壓U。兩板間有一帶正電荷q的帶電粒子。它在電場力的作用下，由靜止開始從正極板向負(fù)極板運動，到達(dá)負(fù)板時的速度有多大？(不考慮粒子的重力）,一、帶電粒子的加速,解法一 運用運動學(xué)知識求解,,如圖所示，在真空中有一對平行金屬板，兩板間加以電壓U。兩板間有一帶正電荷q的帶電粒子。它在電場力的作用下，由靜止開始從正極板向負(fù)極板運動，到達(dá)負(fù)板時的速度有多大？(不考慮粒子的重力）,一、帶電粒子的加速,解法二 運用能量知識求解,如兩極板間不是勻強電場該用何種方法求解？為什么？,由于電場力做功與場強是否勻強無關(guān)，與運動路徑也無關(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的速度為零。,解:電子電荷量為e,根據(jù)動能定理可得,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A板小孔時的動能為 eV,通過B板小孔時的動能為 eV,打到C板時的動能為 eV,45,45,15,加速,勻速,減速,結(jié)論： 由于電場力做功與場強是否勻強無關(guān)，與運動路徑也無關(guān)，所以在處理電場對帶電粒子的加速問題時，一般都是利用動能定理進(jìn)行處理。,如圖所示，在真空中水平放置一對金屬板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。試分析帶電粒子在電場中的運動情況。(不計粒子的重力),二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn),1、受力分析：,2、運動規(guī)律分析:,粒子受到豎直向下的電場力F＝Eq=qU/d,粒子作類平拋運動。,x方向：勻速直線運動,Y方向：初速度為零的勻加速直線運動,,v0,離開電場時的偏轉(zhuǎn)角：,離開電場時偏轉(zhuǎn)量：,推論:粒子從偏轉(zhuǎn)電場中射出時,其速度反向延長線與初速度方向交一點,此點平分沿初速度方向的位移,,解:電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場后,在豎直方向做初速度為零的勻加速直線運動.,加速度,所以偏移距離,所以偏移角度,粒子在與電場平行的方向上做 初速為零的勻加速運動,結(jié)論： 帶電粒子初速度垂直于電場方向飛入勻強電場的問題就是一個類平拋的問題,粒子在與電場垂直的方向上做 勻速直線運動,讓質(zhì)子、 、 的混合物沿著與電場垂直的方向進(jìn)入勻強電場偏轉(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.初動能 C.初動量 D.質(zhì)量,B,三個α粒子在同一地點沿同一方向垂直飛入同一偏轉(zhuǎn)電場,出現(xiàn)了如圖所示的軌跡,由此可以判斷( ) A.在b飛離電場的同時,a剛好打在其極板上 B.b和c同時飛離電場 C.進(jìn)入電場時,c的速度最大,a的速度最小 D.動能的增加值c最小,a和b一樣大,ACD,如圖所示,相距為d長度為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,在A、B左端距AB等距離處的O點,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)極板邊緣垂直電場方向射入勻強電場,且恰好從正極板邊緣飛出,現(xiàn)在使電子射入速度變?yōu)樵瓉淼膬杀?而電子仍從原來位置射入,且仍從正極板邊緣飛出,則兩極板間距離就變?yōu)樵瓉淼? ) 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金屬板x和x’,加電壓U1;水平放置一對金屬板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動情況。(不計粒子的重力),,,,,,+,_,,,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)加速電場加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場,通過加速電場的末速度為進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的初速度,如圖所示,初速度為零的電子在電勢差為U1的電場中加速后,垂直進(jìn)入電勢差為U2的偏轉(zhuǎn)電場,在滿足電子能射出偏轉(zhuǎn)電場的條件下,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)入平行板間的勻強電場,如圖所示,若兩板間距d=1.0 cm,板長l=5.0cm,那么,要使電子能從平行板間飛出,兩個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粒子和電子在電勢差為U1的電場中加速后,垂直進(jìn)入電勢差為U2的偏轉(zhuǎn)電場,在滿足電子能射出偏轉(zhuǎn)電場的條件下,正確的說法是( ) 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、電荷量無關(guān),,設(shè)偏轉(zhuǎn)極板長為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的初速度垂直電場方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場,兩偏轉(zhuǎn)板間的電壓是8.0X103V,若帶電粒子打到屏上的點距原射入方向的距離是2.0cm,求這帶電粒子所帶電荷量(不計空氣阻力和重力).,V0,,,,,,,,,,2.0cm,y,,,,,l,L,,偏轉(zhuǎn),勻速直線運動,,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：觀察電信號隨時間變化的情況,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的電勢比Y’高(有時說這種情況是”Y正、Y’負(fù)”),電子束運動過程中受哪個方向的力?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,,,如果信號電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號電壓的周期相同，就可以在熒光屏上得到待測信號在一個周期內(nèi)隨時間變化的穩(wěn)定圖象,,,,,