2019春高中物理 第1章 靜電場 9 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)課件 新人教版選修3-1.ppt

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第一章 靜電場 9帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng) 課前預(yù)習(xí) 1 基本粒子的受力特點(diǎn)對于質(zhì)量很小的基本粒子 如電子 質(zhì)子等 雖然它們也會(huì)受到萬有引力 重力 的作用 但萬有引力 重力 一般 靜電力 可以 帶電粒子的加速 遠(yuǎn)小于 忽略 qU 1 進(jìn)入電場的方式以初速度v0垂直于電場線方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場 2 受力特點(diǎn)電場力大小 且方向與初速度v0的方向 3 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)做 運(yùn)動(dòng) 與力學(xué)中的 類似 帶電粒子的偏轉(zhuǎn) 恒定 垂直 勻變速曲線 拋體運(yùn)動(dòng) 4 運(yùn)動(dòng)規(guī)律 如圖所示 1 主要構(gòu)造示波器的核心部件是示波管 主要由 和 組成 如圖所示 示波管的原理 電子槍 偏轉(zhuǎn)電極 熒光屏 電子槍 發(fā)射并加速 偏轉(zhuǎn)電極 YY 使電子束 偏轉(zhuǎn) 加信號電壓 XX 使電子沿 偏轉(zhuǎn) 加掃描電壓 熒光屏 電子束打在熒光屏上能使該處的熒光物質(zhì)發(fā)光 2 基本原理示波器的工作原理是利用電子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn) 電子 沿Y向 X向 判一判 1 電子 質(zhì)子 粒子等帶電粒子在電場中受到的靜電力一般遠(yuǎn)大于重力 因而通常情況下 重力可以忽略不計(jì) 2 帶電粒子 不計(jì)重力 在電場中由靜止釋放時(shí) 一定做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 3 對帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng) 從受力的角度來看 遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律 從做功的角度來看 遵循能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律 4 對于帶電粒子 不計(jì)重力 在電場中的偏轉(zhuǎn)可分解為沿初速度方向的勻速直線和沿電場線方向的自由落體運(yùn)動(dòng) 5 示波管偏轉(zhuǎn)電極不加電壓時(shí) 從電子槍射出的電子將沿直線運(yùn)動(dòng) 射到熒光屏中心點(diǎn)形成一個(gè)亮斑 選一選 噴墨打印機(jī)的簡化模型如圖所示 重力可忽略的墨汁微滴 經(jīng)帶電室?guī)ж?fù)電后 以速度v垂直勻強(qiáng)電場飛入極板間 最終打在紙上 則微滴在極板間電場中 A 向負(fù)極板偏轉(zhuǎn)B 電勢能逐漸增大C 運(yùn)動(dòng)軌跡是拋物線D 運(yùn)動(dòng)軌跡與帶電量無關(guān) C 解析 墨汁微粒帶負(fù)電 將向正極板偏轉(zhuǎn) 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 電場力對微滴做正功 電勢能將減小 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 微滴在垂直電場方向做勻速直線運(yùn)動(dòng) 在電場方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng) 其軌跡為拋物線 選項(xiàng)C正確 電量不同 其加速度不同 運(yùn)動(dòng)軌跡不同 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 解析 一般可分為三個(gè)階段 第一階段為加速 遵循動(dòng)能定理 第二階段為偏轉(zhuǎn) 遵循類平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律 第三階段從偏轉(zhuǎn)電極出來后 做勻速直線運(yùn)動(dòng)到達(dá)屏幕 課內(nèi)探究 粒子加速器是利用周期性變化的電場使帶電粒子在其中不斷被加速的儀器 下圖為加速器的一種 直線加速器 思考 探究一帶電粒子在電場中的加速 1 為使粒子不斷被加速 粒子運(yùn)動(dòng)到每個(gè)空隙時(shí) 電場方向應(yīng)如何變化 提示 粒子運(yùn)動(dòng)到每個(gè)漂移管的空隙 相當(dāng)于電容器極板正對區(qū)域 時(shí) 電場方向應(yīng)該和上一個(gè)間隙時(shí)相同 才能使粒子經(jīng)過空隙時(shí)被持續(xù)加速 所以加在漂移管上的電壓應(yīng)該如圖中所示的那樣間隔排布 1 關(guān)于帶電粒子在電場中的重力 1 基本粒子 如電子 質(zhì)子 粒子 離子等 除有說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 帶電微粒 如液滴 油滴 塵埃 小球等 除有說明或有明確的暗示以外 一般都不能忽略重力 2 處理帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)問題的兩種基本思路 特別提醒 1 對帶電粒子進(jìn)行受力分析 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)分析和力做功情況分析是選擇規(guī)律解題的關(guān)鍵 2 選擇解題的方法是優(yōu)先從功能關(guān)系的角度考慮 應(yīng)用功能關(guān)系列式簡單 方便 不易出錯(cuò) 如圖所示 在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運(yùn)動(dòng) 已知兩極板間電勢差為U 板間距離為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 A 若將板間距離d增大一倍 則電子到達(dá)Q板的速率保持不變B 若將板間距離d增大一倍 則電子到達(dá)Q板的速度也增大一倍C 若將兩極板間的電勢差U增大一倍 則電子到達(dá)Q板的時(shí)間保持不變D 若將兩極板間的電勢差U增大一倍 則電子到達(dá)Q板的時(shí)間減為一半 解題指導(dǎo) 解答本題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn) 1 帶電粒子被加速 利用動(dòng)能定理可求到達(dá)另一極板的速率 2 帶電粒子在勻強(qiáng)電場中做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可求運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 對點(diǎn)訓(xùn)練1 多選 如圖所示 A B兩導(dǎo)體板平行放置 在t 0時(shí)將電子從A板附近由靜止釋放 電子的重力忽略不計(jì) 分別在A B兩板間加四種電壓 它們的UAB t圖線如下列四圖所示 能使電子到達(dá)B板的是 ACD 解析 在A選項(xiàng)所加電壓下 電子將一直向B加速 在C選項(xiàng)所加電壓下 電子也一直向B板運(yùn)動(dòng) 是先加速再減速至0 再加速再減速至0 一直向B板運(yùn)動(dòng) D選項(xiàng)和C選項(xiàng)一樣 只不過電子的加速度發(fā)生變化 只有在B選項(xiàng)所加電壓下 電子先向B板加速再減速 再向A板加速再減速至初始位置 且速度變?yōu)? 如此在AB間運(yùn)動(dòng) 圖甲是物體從水平勻速飛行的飛機(jī)上投下 不計(jì)空氣阻力時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡 圖乙是帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場中只在電場力作用下運(yùn)動(dòng)的軌跡圖 結(jié)合圖片分析它們的受力和運(yùn)動(dòng)的共同特性 提示 物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)取決于其初速度和受力情況的關(guān)系 兩者都是只受一個(gè)恒力的作用 且該力跟初速度方向垂直 我們已經(jīng)知道甲的運(yùn)動(dòng)是平拋運(yùn)動(dòng) 所以乙的運(yùn)動(dòng)我們稱之為類平拋運(yùn)動(dòng) 兩者在運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律上完全可以類比 探究二帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) 2 特別提醒 1 對帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題也可以選擇動(dòng)能定理求解 但只能求出速度大小 不能求出速度方向 涉及方向問題 必須采用把運(yùn)動(dòng)分解的方法 2 讓不同的粒子以相同的速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場 由于軌跡不同 可以把不同的粒子分離開 2016 遼寧沈陽二中高一下學(xué)期期末 如圖所示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)電場中 偏轉(zhuǎn)電場可視為勻強(qiáng)電場 電子進(jìn)入M N間電場時(shí)的速度與電場方向垂直 電子經(jīng)過電場后打在熒光屏上的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 1 求電子穿過A板時(shí)速度的大小 2 求電子從偏轉(zhuǎn)電場射出時(shí)的側(cè)移量 3 若要使電子打在熒光屏上P點(diǎn)的上方 可采取哪些措施 解題指導(dǎo) 本題是典型的帶電粒子先加速再偏轉(zhuǎn)的題目 處理此類題目常用動(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)公式等求解 對點(diǎn)訓(xùn)練2 多選 如圖所示 一價(jià)氫離子 H 和二價(jià)氦離子 He 的混合體 經(jīng)同一加速電場加速后 垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中 偏轉(zhuǎn)后打在同一熒光屏上 則它們 A 離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)速度方向不同B 離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)速度方向相同C 到達(dá)屏上同一點(diǎn)D 到達(dá)屏上不同點(diǎn) BC 素養(yǎng)提升 1 帶電粒子在交變電場中受到的電場力是一個(gè)變力 運(yùn)動(dòng)過程一般較為復(fù)雜 運(yùn)動(dòng)情境可能有以下三種 1 做定向運(yùn)動(dòng) 2 以某位置為中心做往復(fù)運(yùn)動(dòng) 3 做偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 2 帶電粒子在交變電場中運(yùn)動(dòng)問題的分析方法 1 當(dāng)空間存在交變電場時(shí) 粒子所受電場力方向?qū)㈦S著電場方向的改變而改變 粒子的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)也具有周期性 2 研究帶電粒子在交變電場中的運(yùn)動(dòng)需要分段研究 并輔以v t圖象 特別注意帶電粒子進(jìn)入交變電場時(shí)的時(shí)刻及交變電場的周期 帶電粒子在交變電場中的運(yùn)動(dòng) BD 解析 設(shè)粒子的速度方向 位移方向向右為正 作出粒子的v t圖象如圖所示 由圖可知B D選項(xiàng)正確