高中物理人教版选修3-1 1.9 带电粒子在电场中的运动

,欢迎进入物理课堂,第九节带电粒子在电场中的运动,课标解读1.掌握带电粒子在电场中加速和偏转所遵循的规律2.知道示波器的主要构造和工作原理3.学习运用静电力做功,电势电势差,等势面等概念研究带电粒子在电场中运动时的能量转化,课前自主学习一带电粒子在电场中的加速1.常见带电粒子及受力特点电子质子粒子,离子等带电粒子在电场中受到静电力远大于重力,通常情况下,重力可以忽略,2.加速(1)带电粒子以与电场线平行的初速度v0进入匀强电场带电粒子做直线运动,则(2)带电粒子的初速度为零,经过电势差为U的电场加速后,二带电粒子的偏转1.进入电场的方式:以初速度v0垂直于电场方向进入匀强电场2.受力特点:电场力大小不变,且方向与初速度方向垂直3.运动特点:做匀变速曲线运动,与力学中平抛运动类似,故称做类平抛运动.,4.运动规律(1)垂直电场方向,速度vx=v0,位移x=v0t(2)平行电场方向:速度vy=位移(3)偏转角度tan=,三示波器的原理示波器的核心部件是示波管,示波管是真空管,主要由三部分组成,这三部分分别是电子枪偏转电极和荧光屏.示波器的基本原理是利用电子在电场中的加速和偏转.,知识梳理图,课堂互动探究一带电粒子的加速带电粒子在电场中受到电场力作用,是否考虑粒子受到重力作用,要根据具体情况而定,一般说来,基本粒子,如:电子质子粒子离子等除有说明或有明确暗示以外,一般不考虑重力(但质量不能忽略);带电粒子:如液滴油滴尘埃小球等除说明或明确暗示外,一般不能忽略重力.,1.运动状态分析:带电粒子沿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直线上,做匀变速直线运动.2.用功能观点分析:粒子动能的变化量等于电场力做的功,若粒子的初速度为零,则:qU=mv2若粒子初速度不为零,则:,二带电粒子在匀强电场中的偏转1.运动状态分析:带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时,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.偏转问题的分析处理方法类似于平抛运动的分析处理,应用运动的合成和分解的方法:沿初速度方向为匀速直线运动,运动时间:,沿电场力方向为初速度为零的匀加速度直线运动:离开电场时的偏移量:离开电场时的偏转角:tan=,3.推论:粒子从偏转电场中射出时,其速度反向延长线与初速度方向交于一点,此点平分沿初速度方向的位移.在下图中,设带电粒子质量为m带电量为q,以速度v0垂直于电场线射入匀强偏转电场,偏转电压为U1.若粒子飞出电场时偏角为,则tan=式中vy=at=vx=v0,代入得tan=,粒子从偏转电场中射出时偏移量做粒子速度的反向延长线,设交于O点,O点与电场边缘的距离为x,则由此O点平分了沿初速方向的位移式可知,粒子从偏转电场中射出时,就好像是从极板间l/2处沿直线射出似的.,说明:此推论在解题时可直接应用.,4.带电粒子先经加速电场(电压U加)加速,又进入偏转电压(电压U偏),射出偏转电压时侧移由以上分析可知:不同的带电粒子(电性相同),若经同一电场加速后,又进入同一偏转电场,则它们的运动轨迹必然重合.,三示波管的原理如下图所示为示波管的原理图.,注意:管的内部抽成真空.对示波管的分析有以下两种情形1.偏转电极不加电压:从电子枪射出的电子将沿直线运动,射到荧光屏的中心点形成一个亮斑.2.仅在XX(或YY)加电压:(1)若所加电压稳定,则电子流被加速偏转后射到XX或(YY)所在直线上某一点,形成一个亮斑(不在中心),如下图所示.,在上图中,设加速电压为U,偏转电压为U,电子电量为e,电子质量为m,由W=Ek得eU=mv20.在电场中侧移其中d为两板的间距.水平方向t=.又tan=,由得荧光屏上的侧移y=(L+)=tan(L+).,(2)若所加电压按正弦函数规律变化,如U=Umsint,偏移也将按正弦规律变化,如x=xmsint或y=ymsint,则亮斑在水平方向或竖直方向做简谐运动.说明:当电压变化很快时,亮斑移动很快,由于视觉暂留和荧光物质的残光特性,亮斑的移动看起来就成为一条水平或竖直的亮线.,典例分析一带电粒子在电场中的加速例1:(2009天津高考)如图所示,带等量异号电荷的两平行金属板在真空中水平放置,MN为板间同一电场线上的两点,一带电粒子(不计重力)以速度vm经过M点在电场线上向下运动,且未与下板接触,一段时间后,粒子以速度vN折回N点,则(),A.粒子受电场力的方向一定由M指向NB.粒子在M点的速度一定比在N点大C.粒子在M点的势能一定比在N点大D.电场中M点的电势一定高于N点的电势,解析:根据题意可知带电粒子受到向上的电场力,故A选项错误;由M到N电场力做负功,粒子电势能增加,C选项错误;根据动能定理:W=mvn2-mv2m.由题意知W<0即vn0,E>0解析:小球由a到b的过程,位置升高,重力势能增加E1>0,电场力做正功,电势能减小.E2<0,动能重力势能电势能三种形式的能相互转化,动能由零增加到某一值,所以重力势能和电势能的和必减少,故E<0,C选项正确.答案:C,10.如图所示,电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动,然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中,入射方向跟极板平行,整个装置处在真空中,重力可忽略,在满足电子能射出平行板区的条件下,下述四种情况下,一定能使电子的偏移量y变大的是()A.U1变大,U2变大B.U1变小,U2变大C.U1变大,U2变小D.U1变小,U2变小,答案:B,11.如下图所示,一个电子以4106m/s的速度沿与电场垂直的方向从A点飞进匀强电场,并且从另一端B点沿与场强方向成150角方向飞出,那么,AB两点间的电势差为多少伏?(电子的质量为9.110-31kg),解析:电子在水平方向做匀速直线运动,即达B点时,水平分速度仍为vA,则vB=vA/cos60=2vA,由动能定理:-eUAB=mv2B-mv2A.解得UAB=-1.4102V.,答案:-1.4102V,12.如图所示,AB两个带电离子(不计重力),qA:qB=3:1,它们以相同的初速度垂直于场强方向进入,A粒子落在N板中心,B粒子落在N板的边缘.求:,(1)AB两粒子的质量之比;(2)AB两粒子的动能增量之比;(3)AB两粒子的动量增量之比.解析:对此类综合题,应灵活运用运动学公式,动能定理及动量定理来巧妙处理.,答案:(1)3:4(2)3:1(3)3:2,13.如图所示,两块与水平方向成角的平行金属板长均为l,正对放置,带等量异种电荷,有一质量为m,带电荷量为+q的微粒从金属板的A端以速度v0沿水平方向进入两板之间,并沿直线从金属板D端射出,试求两板间的电压是多少?带电微粒从D点射出时的速度为多大?,解析:分析带电微粒受力,由题意可知其受力如图所示,同学们,来学校和回家的路上要注意安全,同学们,来学校和回家的路上要注意安全,