高中物理 第一章 第9節(jié) 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件 新人教版選修3-1.ppt

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第九節(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 第一章靜電場(chǎng) 學(xué)習(xí)目標(biāo)1 會(huì)分析帶電粒子在電場(chǎng)中的受力特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 2 掌握帶電粒子在電場(chǎng)中加速和偏轉(zhuǎn)遵循的規(guī)律 3 知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理 第一章靜電場(chǎng) 一 帶電粒子的加速1 帶電粒子 對(duì)于質(zhì)量很小的帶電粒子 如電子 質(zhì)子等 雖然它們也會(huì)受到萬(wàn)有引力 重力 的作用 但一般說(shuō)來(lái) 靜電力 可以忽略 遠(yuǎn)小于 動(dòng)能定理 判一判 1 1 質(zhì)量很小的粒子不受萬(wàn)有引力的作用 2 帶電粒子在電場(chǎng)中只受電場(chǎng)力作用時(shí) 電場(chǎng)力一定做正功 3 電場(chǎng)力做正功時(shí) 粒子動(dòng)能一定增加 提示 1 2 3 二 帶電粒子的偏轉(zhuǎn)1 進(jìn)入電場(chǎng)的方式 以初速度v0垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng) 勻速直線 勻加速直線 3 運(yùn)動(dòng)規(guī)律 如圖 想一想 2 所帶電荷量相同的不同粒子 以相同的初速度垂直電場(chǎng)線射入勻強(qiáng)電場(chǎng) 它們?cè)陔妶?chǎng)中的運(yùn)動(dòng)相同嗎 提示 不一定相同 如果電性不同 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)方向不同 如果質(zhì)量不同 它們?cè)陔妶?chǎng)中的加速度不同 三 示波管的原理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 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 如圖所示 電子槍 偏轉(zhuǎn)電極 熒光屏 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 出現(xiàn)熱電子發(fā)射 發(fā)射出來(lái)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) 如果在Y偏轉(zhuǎn)極板上加一個(gè) 在X偏轉(zhuǎn)極板上加一 在熒光屏上就會(huì)出現(xiàn)按Y偏轉(zhuǎn)電壓規(guī)律變化的可視圖像 信號(hào)電壓 掃描電壓 1 帶電粒子的分類 1 微觀粒子如電子 質(zhì)子 粒子 離子等 除有說(shuō)明或有明確的暗示以外 此類粒子一般不考慮重力 但并不忽略質(zhì)量 2 宏觀微粒如液滴 油滴 塵埃 小球等 除有說(shuō)明或有明確的暗示以外 一般都不能忽略重力 帶電粒子在電場(chǎng)中的加速 2 處理思路 1 受力分析仍按力學(xué)中受力分析的方法分析 只是多了一個(gè)電場(chǎng)力而已 如果帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中 則電場(chǎng)力為恒力 qE 如果在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中 則電場(chǎng)力為變力 2 運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析帶電粒子沿與電場(chǎng)線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng) 受到的電場(chǎng)力與運(yùn)動(dòng)方向在同一條直線上 做勻加 減 速直線運(yùn)動(dòng) 如圖所示 在P板附近有一電子由靜止開(kāi)始向Q板運(yùn)動(dòng) 已知兩極板間電勢(shì)差為U 板間距為d 電子質(zhì)量為m 電荷量為e 則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)情況 下列敘述正確的是 A 若將板間距d增大一倍 則電子到達(dá)Q板的速率保持不變B 若將板間距d增大一倍 則電子到達(dá)Q板的速率也增大一倍C 若將兩極板間電勢(shì)差U增大一倍 則電子到達(dá)Q板的時(shí)間保持不變D 若將兩極板間電勢(shì)差U增大一倍 則電子到達(dá)Q板的時(shí)間減為一半 思路探究 1 電子在板間做什么運(yùn)動(dòng) 2 有哪些方法可以求解v t A D 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn) 特別提醒 對(duì)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題也可以選擇動(dòng)能定理求解 但只能求出速度的大小 不能求出速度的方向 涉及方向問(wèn)題 必須采用把運(yùn)動(dòng)分解的方法 2014 聊城三中高二月考 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) 如圖所示 若兩板間距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 思路探究 如果平行板間電壓不斷增大 偏轉(zhuǎn)距離y將如何變化 電子的運(yùn)動(dòng)軌跡如何變化 答案 400V 1 處理帶電粒子在電場(chǎng)中先加速后偏轉(zhuǎn)的問(wèn)題 常用的方法是動(dòng)能定理 運(yùn)動(dòng)的合成與分解 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 運(yùn)動(dòng)學(xué)公式等 通常將運(yùn)動(dòng)分解成平行電場(chǎng)強(qiáng)度方向的勻變速直線運(yùn)動(dòng)和垂直電場(chǎng)強(qiáng)度方向的勻速運(yùn)動(dòng) 2 帶電粒子能否飛出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng) 關(guān)鍵看帶電粒子在電場(chǎng)中的偏移量 粒子恰能飛出極板和粒子恰不能飛出極板 對(duì)應(yīng)著同一臨界狀態(tài) 分析時(shí)根據(jù)題意找出臨界狀態(tài) 由臨界狀態(tài)來(lái)確定極值 這是求解極值問(wèn)題的常用方法 2 如圖所示 一束帶電粒子 不計(jì)重力 垂直電場(chǎng)方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng) 試討論在以下情況中 粒子應(yīng)具有什么條件 才能得到相同的偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角度 已知粒子的電荷量為q 質(zhì)量為m 極板長(zhǎng)度為l 間距為d 電勢(shì)差為U l d U為定值 q m為不定值 1 以相同的初速度v0進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng) 2 以相同的初動(dòng)能Ek0進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng) 3 先由同一電場(chǎng)直線加速后再進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng) 答案 見(jiàn)解析 規(guī)范答題 帶電粒子在電場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 范例 2013 高考新課標(biāo)全國(guó)卷 18分 如圖 勻強(qiáng)電場(chǎng)中有一半徑為r的光滑絕緣圓軌道 軌道平面與電場(chǎng)方向平行 a b為軌道直徑的兩端 該直徑與電場(chǎng)方向平行 一電荷為q q 0 的質(zhì)點(diǎn)沿軌道內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng) 經(jīng)過(guò)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(chǎng)強(qiáng)度的大小E 質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)a點(diǎn)和b點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能 名師點(diǎn)評(píng) 電場(chǎng)中帶電粒子在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng) 臨界狀態(tài)在等效 最高點(diǎn) 1 等效 最高點(diǎn) 的特點(diǎn) mg和Eq的合力與繩的拉力在同一直線上 且方向相同 2 等效 最低點(diǎn) 的特點(diǎn) 物體速度最大 繩的拉力最大 mg和Eq的合力與繩的拉力在同一直線上 且方向相反