高三物理《带电粒子在电场中的运动》.ppt

一、带电粒子在电场中的直线运动一、带电粒子在电场中的直线运动(1)运动状态的分析运动状态的分析:带电粒带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强子沿与电场线平行的方向进入匀强电场电场,受到的电场力与运动方向在受到的电场力与运动方向在同一直线上同一直线上,做匀加做匀加(减减)速直线运速直线运动动.(2)用功能观点分析用功能观点分析:电场力对带电场力对带电粒子做的功等于带电粒子动能的增量电粒子做的功等于带电粒子动能的增量.即即:说明说明:此式既适用于匀强电场此式既适用于匀强电场,也适用于非匀强电场也适用于非匀强电场.对匀强电场对匀强电场,也可直接应用运动也可直接应用运动学和动力学公式学和动力学公式.1.电场力电场力:2.加速度加速度:3.末速度末速度:U+-qd4.运行时间运行时间:+-Uqd1.电场力电场力:2.加速度加速度:3.末速度末速度:U+-qd4.运行时间运行时间:+-Uqd如果是非匀强电场如果是非匀强电场,上上述结论还成立吗述结论还成立吗?4.如图如图633所示所示，在，在A板附近有板附近有一电子由静止开始向一电子由静止开始向B板运动，则关板运动，则关于电子到达于电子到达B板时的速率，下列解释板时的速率，下列解释正确的是正确的是()A两板间距越大，运动时间就两板间距越大，运动时间就越长，则获得的速率越大越长，则获得的速率越大B两板间距越小，加速度就越大，则获得两板间距越小，加速度就越大，则获得的速率越大的速率越大C与两板间的距离无关，仅与加速电压与两板间的距离无关，仅与加速电压U有关有关D以上解释都不正确以上解释都不正确试身手试身手 夯基础夯基础 4.如图如图633所示所示，在，在A板附近有板附近有一电子由静止开始向一电子由静止开始向B板运动，则关板运动，则关于电子到达于电子到达B板时的速率，下列解释板时的速率，下列解释正确的是正确的是()A两板间距越大，运动时间就两板间距越大，运动时间就越长，则获得的速率越大越长，则获得的速率越大B两板间距越小，加速度就越大，则获得两板间距越小，加速度就越大，则获得的速率越大的速率越大C与两板间的距离无关，仅与加速电压与两板间的距离无关，仅与加速电压U有关有关D以上解释都不正确以上解释都不正确C试身手试身手 夯基础夯基础两类研究对象两类研究对象:1)基本粒子基本粒子,如电子、质子、离子、如电子、质子、离子、粒子等粒子等,除有特殊说明或有明确暗示外除有特殊说明或有明确暗示外,其重力一般可忽略其重力一般可忽略,但不能忽略质量但不能忽略质量.2)宏观带电物体宏观带电物体,如小球、液滴、油如小球、液滴、油滴、尘埃、质点等除有特殊说明或有明滴、尘埃、质点等除有特殊说明或有明确暗示外确暗示外,其重力一般不能忽略其重力一般不能忽略.补充补充1.如图如图,水平放水平放置的置的A、B两平行板两平行板相距相距h,上板上板A带正电带正电.现有质量为现有质量为m、电、电荷量为荷量为+q的小球在的小球在B板下方距离为板下方距离为H处处,以初速度以初速度v0竖直向上从竖直向上从B板小孔进入板间板小孔进入板间电场电场,欲使小球刚好打到欲使小球刚好打到A板板,A、B间电间电势差势差UAB应为多大应为多大?hv0HAB补充补充1.如图如图,水平放水平放置的置的A、B两平行板两平行板相距相距h,上板上板A带正电带正电.现有质量为现有质量为m、电、电荷量为荷量为+q的小球在的小球在B板下方距离为板下方距离为H处处,以初速度以初速度v0竖直向上从竖直向上从B板小孔进入板间板小孔进入板间电场电场,欲使小球刚好打到欲使小球刚好打到A板板,A、B间电间电势差势差UAB应为多大应为多大?hv0HAB【延伸思考延伸思考】hv0HAB将题中图转将题中图转180,变为图所示变为图所示,结果为多少结果为多少?【延伸思考延伸思考】hv0HAB将题中图转将题中图转180,变为图所示变为图所示,结果为多少结果为多少?dv0hAB如图所示，如图所示，A A、B B为平行金属板，两板相距为为平行金属板，两板相距为d d，分别与，分别与电源两极相连，两板的中央各有一小孔电源两极相连，两板的中央各有一小孔M M和和N.N.今有一带今有一带电质点，自电质点，自A A板上方相距为板上方相距为d d的的P P点由静点由静止自由下落止自由下落(P(P、M M、N N在同一竖直线上在同一竖直线上)，空气阻力忽略不计，到达空气阻力忽略不计，到达N N孔时速度恰好为零，然后孔时速度恰好为零，然后沿原路返回若保持两极沿原路返回若保持两极板间的电压不变，则板间的电压不变，则()A.A.把把A A板向上平移一小段距离，板向上平移一小段距离，质点自质点自P P点自由下落后仍能返回点自由下落后仍能返回B.B.把把A A板向下平移一小段距离，质点自板向下平移一小段距离，质点自P P点自由下落后将穿过点自由下落后将穿过N N孔继续下落孔继续下落C.C.把把B B板向上平移一小段距离，质点自板向上平移一小段距离，质点自P P点自由下落后仍点自由下落后仍能返回能返回D.D.把把B B板向下平移一小段距离，质点自板向下平移一小段距离，质点自P P点自由下落后将点自由下落后将穿过穿过N N孔继续下落孔继续下落OBy-q,m+vv0d UYY-二、带电粒子在电场中的偏转二、带电粒子在电场中的偏转(1)运动状态分析运动状态分析:不计重力的带不计重力的带电粒子以速度电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞垂直于电场线方向飞入匀强电场时入匀强电场时,受到恒定的与初速度受到恒定的与初速度方向成方向成90 角电场力作用而做匀变速角电场力作用而做匀变速曲线运动曲线运动.(2)粒子偏转问题分析粒子偏转问题分析:可用类平可用类平抛运动的方法来分析处理抛运动的方法来分析处理.则则:侧移量侧移量 偏转角偏转角设粒子带电荷量为设粒子带电荷量为q,质量为质量为m,两平行金属两平行金属板间的电压为板间的电压为U,板长为板长为L,板间距离为板间距离为d.(U偏偏、U加加分别表示加速电场电压和偏转电分别表示加速电场电压和偏转电场电压场电压.)5如图如图634所示所示，质子，质子(H)和和粒子粒子(He)以相同的初动以相同的初动能垂直射入偏转电场能垂直射入偏转电场(粒子不粒子不计重力计重力)，则这两个粒子射出，则这两个粒子射出电场时的侧位移电场时的侧位移y之比为之比为()A1 1B1 2C2 1 D1 411425如图如图634所示所示，质子，质子(H)和和粒子粒子(He)以相同的初动以相同的初动能垂直射入偏转电场能垂直射入偏转电场(粒子不粒子不计重力计重力)，则这两个粒子射出，则这两个粒子射出电场时的侧位移电场时的侧位移y之比为之比为()A1 1B1 2C2 1 D1 41142B6现代科学实验中常用的现代科学实验中常用的一种电子仪器叫示波器，一种电子仪器叫示波器，它的核心部件是示波管，它的核心部件是示波管，其工作原理其工作原理如图如图635所示所示，电荷量大小为，电荷量大小为e的的电子在电势差为电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为运动，然后射入电势差为U2的两块平行极板的两块平行极板间的偏转电场中，入射方向跟极板平行，偏间的偏转电场中，入射方向跟极板平行，偏转电场的极板间距离为转电场的极板间距离为d，板长为，板长为L，整个，整个 装置处在真空中，电子重力可忽略，电装置处在真空中，电子重力可忽略，电子能射出平行子能射出平行板区偏转电场中，若单板区偏转电场中，若单位偏转电压引起的偏移距离叫示波管的位偏转电压引起的偏移距离叫示波管的灵敏度，请通过计算说明提高示波管的灵敏度，请通过计算说明提高示波管的灵敏度的办法灵敏度的办法答案：增大答案：增大L，减小，减小U1，减小，减小d 1.出射速度的反向延长线与入射出射速度的反向延长线与入射速度线的交点速度线的交点O正好是正好是AB的中点的中点.OBy-q,m+vv0d UYY-A推 论:2.不同粒子静止开始经同一电场加不同粒子静止开始经同一电场加速速,再经同一电场偏转再经同一电场偏转,路径相同路径相同.-q,m+-U1-+U22011年下学期制作 11湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校考点二考点二 带电粒子在电场中的运动问题分析带电粒子在电场中的运动问题分析例例2(2011青岛模拟青岛模拟)如图如图639所示所示，真空中水平放，真空中水平放置的两个相同极板置的两个相同极板Y和和Y长长为为L，相距，相距d，足够大的竖直，足够大的竖直屏与两板右侧相距屏与两板右侧相距b.在两板间加上可调偏转在两板间加上可调偏转电压电压U，一束质量为，一束质量为m、带电量为、带电量为q的粒子的粒子(不计重力不计重力)从两板左侧中点从两板左侧中点A以初速度以初速度v0沿水沿水平方向射入电场且能穿出平方向射入电场且能穿出考点二考点二 带电粒子在电场中的运动问题分析带电粒子在电场中的运动问题分析 典例启迪典例启迪(1)证明粒子飞出电场后的速度方向的反向证明粒子飞出电场后的速度方向的反向延长线交于两板间的中心延长线交于两板间的中心O点；点；(2)求两板间所加偏转电压求两板间所加偏转电压U的范围；的范围；(3)求粒子可能到达屏上区域的长度求粒子可能到达屏上区域的长度解析解析(1)设粒子在运动过程中的加速度设粒子在运动过程中的加速度大小为大小为a，离开偏转电场时偏转距离为，离开偏转电场时偏转距离为y，沿电场方向的速度为沿电场方向的速度为vy，偏转角为，偏转角为，其反，其反向延长线通过向延长线通过O点，点，O点与板右端的水平距点与板右端的水平距离为离为x，则有，则有2011年下学期制作 11湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校粒子打在屏上的位置离屏中心的距离粒子打在屏上的位置离屏中心的距离y可有以可有以下三种方法计算：下三种方法计算：归纳领悟归纳领悟 4如图如图6310所示，一价氢离所示，一价氢离子子(H)和二价氦离子和二价氦离子(He)的的混合体，经同一加速电场加速混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同一荧光屏上，偏转后，打在同一荧光屏上，则它们则它们 ()A同时到达屏上同一点同时到达屏上同一点B先后到达屏上同一点先后到达屏上同一点C同时到达屏上不同点同时到达屏上不同点D先后到达屏上不同点先后到达屏上不同点1124 题组突破题组突破 4如图如图6310所示，一价氢离所示，一价氢离子子(H)和二价氦离子和二价氦离子(He)的的混合体，经同一加速电场加速混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同一荧光屏上，偏转后，打在同一荧光屏上，则它们则它们 ()A同时到达屏上同一点同时到达屏上同一点B先后到达屏上同一点先后到达屏上同一点：C同时到达屏上不同点同时到达屏上不同点D先后到达屏上不同点先后到达屏上不同点1124B 题组突破题组突破 2011年下学期制作 11湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校5(2011黄冈模拟黄冈模拟)如图如图6311所示所示，带正电的粒子以一定的初，带正电的粒子以一定的初速度速度v0沿两板的中线进入水平放沿两板的中线进入水平放置的平行金属板内，恰好沿下板置的平行金属板内，恰好沿下板的边缘飞出，已知板长为的边缘飞出，已知板长为L，板间距离为，板间距离为d，板，板间电压为间电压为U，带电粒子的电荷量为，带电粒子的电荷量为q，粒子通过，粒子通过平行金属板的时间为平行金属板的时间为t(不计粒子的重力不计粒子的重力)，则，则 ()答案：答案：BDOByq、m+-v0d UYYYYyXXlL三、示波管的原理三、示波管的原理OByq、m+-v0d UYYYYyXXlL三、示波管的原理三、示波管的原理6如图如图6312所示所示为一真空示波管的示意为一真空示波管的示意图，电子从灯丝图，电子从灯丝K发出发出(初速度可忽略不计初速度可忽略不计)，经灯丝与经灯丝与A板间的电压板间的电压U1加速，从加速，从A板中心孔板中心孔沿中心线沿中心线KO射出，然后进入两块平行金属板射出，然后进入两块平行金属板M、N形成的偏转电场中形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀偏转电场可视为匀强电场强电场)，电子进入，电子进入M、N间电场时的速度与间电场时的速度与电场方向垂直，电子经过偏转电场后打在荧电场方向垂直，电子经过偏转电场后打在荧光屏上的光屏上的P点已知点已知M、N两板间的电压为两板间的电压为U2，两板间的距离为，两板间的距离为d，板长为，板长为L，电子的质量，电子的质量为为m，电荷量为，电荷量为e，不计电子受到的重力及它，不计电子受到的重力及它们之间的相互作用力们之间的相互作用力(1)求电子穿过求电子穿过A板时速度的大小；板时速度的大小；(2)求电子从偏转电场射出时的侧移量；求电子从偏转电场射出时的侧移量；(3)若要使电子打在荧光屏上若要使电子打在荧光屏上P点的上方，点的上方，可采取哪些措施？可采取哪些措施？