人教版选修【3-1】1.9-带电粒子在电场中的运动.ppt
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1、带电粒子在电场中受静电力作用,我们可以利用电场来控制粒子,使它加速或偏转如图所示是示波器的核心部件示波管带电粒子在电场中的运动有什么规律呢?,1真空中有一对平行板,A板接电源的正极,B板接电源的负极,两板间形成匀强电场,在两板间若要加速一个电子,获得最大的速度,该电子应从哪个极板释放? 若板间电势差为U,电子质量为m、电荷量为q,加速后的最大速度为,B板,2带电粒子质量为m、电荷量为e,以初速度v0垂直电场线进入匀强电场,由于静电力的作用,带电粒子将发生偏转若偏转电场的极板长为l,板间距离为d,偏转电势差为U,则粒子离开电场时的偏转距离 偏转角度为,则 3示波器的核心部件是示波管,示波管是真空
2、管,主要由三部分组成,这三部分分别是: ,电子枪、偏转电极、,荧光屏,(1)运动状态分析:带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场,受到的电场力与运动方向在同一条直线上,作匀加速(或匀减速)直线运 其加速度为 (2)功能观点分析:带电粒子动能的变化量等于电场力做的功(适用于一切电场),若粒子的初速度为零,则mv2qU,若粒子的初速度不为零,则,特别提醒:静止的带电粒子在匀强电场中只受电场力作用将做匀加速直线运动,如果是匀强电场就跟物体在重力场中的自由落体运动相似;而当初速度与电场力在一条直线上时,做初速度不为零的匀变速运动如果是非匀强电场中,加速度变化,带电粒子做非匀变速直线运动,(2009山
3、东实验中学)一个带正电的微粒放在电场中,场强的大小和方向随时间变化的规律如图所示带电微粒只在电场力的作用下,在t0时刻由静止释放则下列说法中正确的是(),A微粒在01s内的加速度与12s内的加速度相同B微粒将沿着一条直线运动C微粒做往复运动D微粒在第1s内的位移与第3s内的位移相同,解析:根据题意作出带电粒子在交变电场中的运动的vt图象,如图所示由图可知在01s内与12s内的加速度大小相等方向相反,故A错微粒速度方向一直为正,始终沿一直线运动,B对,C错阴影部分面积为对应的第1s、第3s和第5s内的位移,故D对所以答案为BD.答案:BD,(1)运动状态分析:带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞
4、入两带电平行板产生的匀强电场中,受到恒定的与初速度方向成90角的电场力作用而做匀变速曲线运动(2)运动的分析处理方法:应用运动的合成与分解知识,用类似平抛运动的方法分析处理沿初速度方向做速度为v0的匀速直线运动沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动,粒子离开电场时的偏转距离离开电场时的偏转角:,特别提醒:对带电粒子在电场中的偏转问题也可以选择动能定理求解,但只能求出速度大小,不能求出速度方向,涉及到方向问题,必须采用把运动分解的方法,若m、q各不相同的带电粒子从静止经过同一电场加速(加速电压为U加),再进入同一偏转电场(偏转电压为U偏),则其偏移量y和偏转角各为多少?有何特点?,解析:经加速
5、后的速度v0 故偏移量偏转角tan (与电荷的m、q无关) 即偏移量y和偏转角均与m、q无关.,(1)主要构造:电子枪、偏转电极、荧光屏(2)原理:XX电极使电子束作横向(面向荧光屏而言)的水平匀速扫描,YY电极使电子束随信号电压的变化在纵向作竖直方向的扫描,这样就在荧光屏上出现了随时间而展开的信号电压的波形显然,这个波形是电子束同时参与两个相互垂直的分运动合成的结果,误区1:在对带电粒子的加速或偏转问题的讨论中,经常会遇到是否考虑重力的困惑点拨:若在所讨论的问题中,带电粒子受到的重力远远小于电场力,即mgqE,则可忽略重力的影响要指出的是,忽略粒子的重力并不是忽略粒子的质量是否考虑带电粒子的
6、重力要根据具体情况而定(1)基本粒子:如电子、质子、粒子、离子等除有说明或有明确的暗示以外,一般都不考虑重力(但并不忽略质量);(2)带电颗粒:如液滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确的暗示以外,一般都不能忽略重力,在图所示的装置中,A、B是真空中竖直放置的两块平行金属板,它们与调压电路相连,两板间的电压可以根据需要而改变当两板间的电压为U时,质量为m、电量为q的带电粒子,以初速度v0从A板上的中心小孔沿垂直两板的虚线射入电场中,在非常接近B板处沿原路返回,在不计重力的情况下,要想使带电粒子进入电场后在A、B板的中点处返回,可以采用的办法是(),A使带电粒子的初速度变为v0/2B使A、B板间的电
7、压增加到2UC使初速度v0和电压U都减小到原来的一半D使初速度v0和电压U都增加到原来的2倍,解析:带电粒子进入电场后做匀减速直线运动,加速度大小为 ,其中d是A、B板间的距离带电粒子进入电场中的位移为由此式可见:当v0变为原来的1/2时,位移为原来的1/4;当U变为原来的2倍时,位移为原来的1/2;当v0与U同时变为原来的1/2时,位移为原来的1/2;当v0与U同时变为原来的2倍时,位移为原来的2倍,答案:BC点评:带电粒子在电场中,既可加速运动,也可减速运动作减速运动时,电场力做负功,是动能转化为电势能的过程,在370JRB22彩色显像管中,电子从阴极至阳极通过22.5kV电势差被加速,试
8、求电场力做的功W?电子的电势能变化了多少?电子到达阳极时的速度v?答案:3.61015J;减少了3.61015J;8.9107m/s.,解析:在电视机显像管中,从阴极发出的电子经高压加速,以足够的能量去激发荧光屏上“像素”发光,又经扫描系统使电子束偏转,根据信号要求打到荧光屏上适当位置,就形成了图像由于电子的电荷量q1.61019C,质量m0.911030kg,所以WqU1.6101922.5103J3.61015J电场力做正功,电势能就一定减少了,那么减少的电势能也为3.61015J.减少了的电势能转化为电子的动能,那么 所以,两平行金属板间有一匀强电场,不同的带电粒子都以垂直于电场线方向飞
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