2019春高中物理 第1章 静电场 9 带电粒子在电场中的运动课件 新人教版选修3-1.ppt

第一章 静电场 9带电粒子在电场中的运动 课前预习 1 基本粒子的受力特点对于质量很小的基本粒子 如电子 质子等 虽然它们也会受到万有引力 重力 的作用 但万有引力 重力 一般 静电力 可以 带电粒子的加速 远小于 忽略 qU 1 进入电场的方式以初速度v0垂直于电场线方向进入匀强电场 2 受力特点电场力大小 且方向与初速度v0的方向 3 运动特点做 运动 与力学中的 类似 带电粒子的偏转 恒定 垂直 匀变速曲线 抛体运动 4 运动规律 如图所示 1 主要构造示波器的核心部件是示波管 主要由 和 组成 如图所示 示波管的原理 电子枪 偏转电极 荧光屏 电子枪 发射并加速 偏转电极 YY 使电子束 偏转 加信号电压 XX 使电子沿 偏转 加扫描电压 荧光屏 电子束打在荧光屏上能使该处的荧光物质发光 2 基本原理示波器的工作原理是利用电子在电场中的加速和偏转 电子 沿Y向 X向 判一判 1 电子 质子 粒子等带电粒子在电场中受到的静电力一般远大于重力 因而通常情况下 重力可以忽略不计 2 带电粒子 不计重力 在电场中由静止释放时 一定做匀加速直线运动 3 对带电粒子在电场中的运动 从受力的角度来看 遵循牛顿运动定律 从做功的角度来看 遵循能量的转化和守恒定律 4 对于带电粒子 不计重力 在电场中的偏转可分解为沿初速度方向的匀速直线和沿电场线方向的自由落体运动 5 示波管偏转电极不加电压时 从电子枪射出的电子将沿直线运动 射到荧光屏中心点形成一个亮斑 选一选 喷墨打印机的简化模型如图所示 重力可忽略的墨汁微滴 经带电室带负电后 以速度v垂直匀强电场飞入极板间 最终打在纸上 则微滴在极板间电场中 A 向负极板偏转B 电势能逐渐增大C 运动轨迹是抛物线D 运动轨迹与带电量无关 C 解析 墨汁微粒带负电 将向正极板偏转 选项A错误 电场力对微滴做正功 电势能将减小 选项B错误 微滴在垂直电场方向做匀速直线运动 在电场方向做初速度为零的匀加速直线运动 其轨迹为抛物线 选项C正确 电量不同 其加速度不同 运动轨迹不同 选项D错误 解析 一般可分为三个阶段 第一阶段为加速 遵循动能定理 第二阶段为偏转 遵循类平抛运动规律 第三阶段从偏转电极出来后 做匀速直线运动到达屏幕 课内探究 粒子加速器是利用周期性变化的电场使带电粒子在其中不断被加速的仪器 下图为加速器的一种 直线加速器 思考 探究一带电粒子在电场中的加速 1 为使粒子不断被加速 粒子运动到每个空隙时 电场方向应如何变化 提示 粒子运动到每个漂移管的空隙 相当于电容器极板正对区域 时 电场方向应该和上一个间隙时相同 才能使粒子经过空隙时被持续加速 所以加在漂移管上的电压应该如图中所示的那样间隔排布 1 关于带电粒子在电场中的重力 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 此类粒子一般不考虑重力 但并不忽略质量 2 带电微粒 如液滴 油滴 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 2 处理带电粒子在电场中运动问题的两种基本思路 特别提醒 1 对带电粒子进行受力分析 运动特点分析和力做功情况分析是选择规律解题的关键 2 选择解题的方法是优先从功能关系的角度考虑 应用功能关系列式简单 方便 不易出错 如图所示 在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动 已知两极板间电势差为U 板间距离为d 电子质量为m 电荷量为e 则关于电子在两板间的运动情况 下列叙述正确的是 A A 若将板间距离d增大一倍 则电子到达Q板的速率保持不变B 若将板间距离d增大一倍 则电子到达Q板的速度也增大一倍C 若将两极板间的电势差U增大一倍 则电子到达Q板的时间保持不变D 若将两极板间的电势差U增大一倍 则电子到达Q板的时间减为一半 解题指导 解答本题时应把握以下两点 1 带电粒子被加速 利用动能定理可求到达另一极板的速率 2 带电粒子在匀强电场中做匀加速直线运动 利用运动学公式可求运动的时间 对点训练1 多选 如图所示 A B两导体板平行放置 在t 0时将电子从A板附近由静止释放 电子的重力忽略不计 分别在A B两板间加四种电压 它们的UAB t图线如下列四图所示 能使电子到达B板的是 ACD 解析 在A选项所加电压下 电子将一直向B加速 在C选项所加电压下 电子也一直向B板运动 是先加速再减速至0 再加速再减速至0 一直向B板运动 D选项和C选项一样 只不过电子的加速度发生变化 只有在B选项所加电压下 电子先向B板加速再减速 再向A板加速再减速至初始位置 且速度变为0 如此在AB间运动 图甲是物体从水平匀速飞行的飞机上投下 不计空气阻力时的运动轨迹 图乙是带电粒子垂直进入匀强电场中只在电场力作用下运动的轨迹图 结合图片分析它们的受力和运动的共同特性 提示 物体的运动性质取决于其初速度和受力情况的关系 两者都是只受一个恒力的作用 且该力跟初速度方向垂直 我们已经知道甲的运动是平抛运动 所以乙的运动我们称之为类平抛运动 两者在运动性质和运动规律上完全可以类比 探究二带电粒子在电场中的偏转 2 特别提醒 1 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 涉及方向问题 必须采用把运动分解的方法 2 让不同的粒子以相同的速度进入偏转电场 由于轨迹不同 可以把不同的粒子分离开 2016 辽宁沈阳二中高一下学期期末 如图所示为一真空示波管的示意图 电子从灯丝K发出 初速度可忽略不计 经灯丝与A板间的电压U1加速 从A板中心孔沿中心线KO射出 然后进入两块平行金属板M N形成的偏转电场中 偏转电场可视为匀强电场 电子进入M N间电场时的速度与电场方向垂直 电子经过电场后打在荧光屏上的P点 已知M N两板间的电压为U2 两板间的距离为d 板长为L 电子的质量为m 电荷量为e 不计电子受到的重力及它们之间的相互作用力 1 求电子穿过A板时速度的大小 2 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P点的上方 可采取哪些措施 解题指导 本题是典型的带电粒子先加速再偏转的题目 处理此类题目常用动能定理 运动的合成与分解 牛顿运动定律 运动学公式等求解 对点训练2 多选 如图所示 一价氢离子 H 和二价氦离子 He 的混合体 经同一加速电场加速后 垂直射入同一偏转电场中 偏转后打在同一荧光屏上 则它们 A 离开偏转电场时速度方向不同B 离开偏转电场时速度方向相同C 到达屏上同一点D 到达屏上不同点 BC 素养提升 1 带电粒子在交变电场中受到的电场力是一个变力 运动过程一般较为复杂 运动情境可能有以下三种 1 做定向运动 2 以某位置为中心做往复运动 3 做偏转运动 2 带电粒子在交变电场中运动问题的分析方法 1 当空间存在交变电场时 粒子所受电场力方向将随着电场方向的改变而改变 粒子的运动性质也具有周期性 2 研究带电粒子在交变电场中的运动需要分段研究 并辅以v t图象 特别注意带电粒子进入交变电场时的时刻及交变电场的周期 带电粒子在交变电场中的运动 BD 解析 设粒子的速度方向 位移方向向右为正 作出粒子的v t图象如图所示 由图可知B D选项正确