2020-2021學(xué)年5 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)習(xí)題課件ppt

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新課探究帶電粒子的加速帶電粒子的偏轉(zhuǎn)示波管
會(huì)綜合運(yùn)用所學(xué)，掌握帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)
會(huì)運(yùn)用靜電場知識(shí)、功能關(guān)系研究帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)
會(huì)解決帶電粒子在電場中的加速、偏轉(zhuǎn)問題
在前面的學(xué)習(xí)過程中，我們已經(jīng)接觸過帶電粒子在點(diǎn)電荷形成的電場中的運(yùn)動(dòng)問題，通過帶電粒子的電性、電場線、運(yùn)動(dòng)軌跡、受力情況等各物理量的關(guān)系，用以解決帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)過程中的做功、場強(qiáng)、電勢能增減等問題。這節(jié)課，我們主要學(xué)習(xí)帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的加速及偏轉(zhuǎn)問題。是受力分析、直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng) 、動(dòng)能定理、能量守恒等知識(shí)的綜合應(yīng)用。
處理帶電粒子在周期性變化電場中的運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，應(yīng)先確定周期性，分段、分周期的對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。應(yīng)注意：在電場方向改變瞬間，帶電粒子的受力方向隨之改變。但運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)瞬間改變（慣性定律）。
如右圖，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，有
帶電粒子偏轉(zhuǎn)問題的推論
關(guān)于位移與初速度夾角θ有：
1.速度偏轉(zhuǎn)角（α）的正切為位移與初速度夾角（θ）正切的2倍，即tanα=2tanθ。2.速度的反向延長線交于水平位移的中點(diǎn)。
3.以相同的初速度進(jìn)入同一電場的帶電粒子，只要粒子比荷（q/m）相同，則偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角θ相同。
關(guān)于帶電粒子在電場中的重力
基本粒子：如電子、質(zhì)子、α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)。
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。
工作原理：1.在加速電壓下，電子槍產(chǎn)生告訴飛行的電子束；2.示波管的YY′偏轉(zhuǎn)電極上加的是待測的信號(hào)電壓，使電子沿YY′方向偏轉(zhuǎn)。
工作原理：3.示波管的XX′偏轉(zhuǎn)電極上加的是儀器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓(如圖所示)，叫作掃描電壓，使電子沿XX′方向偏轉(zhuǎn)。
鋸齒形掃描電壓對(duì)應(yīng)亮斑
1．（直線加速問題）質(zhì)量和電荷量不同的帶電粒子，在電場中由靜止開始經(jīng)相同電壓加速后（　?。〢．比荷大的粒子速度大，電荷量大的粒子動(dòng)能大B．比荷大的粒子動(dòng)能大，電荷量大的粒子速度大C．比荷大的粒子速度和動(dòng)能都大D．電荷量大的粒子速度和動(dòng)能都大
【詳解】根據(jù)動(dòng)能定理 得v= ；根據(jù)上式可知，在相同電壓的加速電場中，比荷大的粒子其速度v大，電荷量q大的粒子動(dòng)能大。
2．（在周期性變化電場的運(yùn)動(dòng)）如圖所示，在平行板電容器A、B兩板上加上如圖所示的交變電壓，開始時(shí)B板電勢比A板高，這時(shí)兩板中間原來靜止的電子在電場力作用下開始運(yùn)動(dòng)，設(shè)A、B兩板間的距離足夠大，則下述說法中正確的是（　?。〢．電子先向A板運(yùn)動(dòng)，然后向B板運(yùn)動(dòng)，再返回A板做周期性來回運(yùn)動(dòng)B．電子一直向A板運(yùn)動(dòng)C．電子一直向B板運(yùn)動(dòng)D．電子先向B板運(yùn)動(dòng)，然后向A板運(yùn)動(dòng)，再返回B板做周期性來回運(yùn)動(dòng)
【詳解】分析電子在第一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)情況0～0.2s時(shí)間內(nèi)，B板電勢高，電場強(qiáng)度向右，電場力向左，電子向左做初速度等于零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)兩板間的距離為d，末速度為 ； 解得 ；0.2s～0.4s時(shí)間內(nèi)，B板電勢低，電場強(qiáng)度向左，電場力向右，電子向左做初速度等于v的勻減速直線運(yùn)動(dòng)，末速度分別為 ；解得v2=0；由以上可知，電子在第一個(gè)周期內(nèi)一直向左運(yùn)動(dòng)，所以電子一直向B板運(yùn)動(dòng)，C正確，ABD錯(cuò)誤。
3．（計(jì)重力的運(yùn)動(dòng)）（多選）如圖所示，平行板電容器的兩個(gè)極板與水平面成一角度，兩極板與一直流電源相連。若一帶電粒子恰能沿圖中虛線所示，由上極板的左下端沿水平直線通過電容器，由下極板的右上端射出極板。設(shè)粒子質(zhì)量為、重力加速度為、極板與水平面夾角為銳角、極板長為。則在此過程中，該粒子（?????）A．所受重力與靜電力平衡B．射入電場的初速度至少為C．動(dòng)能逐漸增加 D．做勻變速直線運(yùn)動(dòng)
【詳解】根據(jù)題意可知，粒子做直線運(yùn)動(dòng)，帶電粒子在平行板電容器之間受到兩個(gè)力的作用，如圖。一是重力，方向豎直向下；二是靜電力，方向垂直于極板向上。則靜電力與重力的合力方向與速度方向相反，粒子做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能逐漸減小，AC錯(cuò)誤，D正確；對(duì)該粒子做受力分析有 加速度 又有 解得 又有 解得 B正確。
4．（偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）如圖所示，有一帶電粒子貼著A板沿水平方向射入勻強(qiáng)電場，當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為U1時(shí)，帶電粒子沿①軌跡從兩板正中間飛出；當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為U2時(shí)，帶電粒子沿②軌跡落到B板中間；設(shè)粒子兩次射入電場的水平速度相同，則兩次偏轉(zhuǎn)電壓之比為（　?。〢．U1∶U2=1∶8B．U1∶U2=1∶4C．U1∶U2=1∶2D．U1∶U2=1∶1
【詳解】帶電粒子在勻強(qiáng)電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)，水平位移為x=v0t；兩次運(yùn)動(dòng)的水平位移之比為2∶1，兩次運(yùn)動(dòng)的水平速度相同，故運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比為t1∶t2=2∶1由于豎直方向上的位移為h= at2；h1∶h2=1∶2；故加速度之比為1∶8，又因?yàn)榧铀俣萢=；故兩次偏轉(zhuǎn)電壓之比為U1∶U2=1∶8；BCD錯(cuò)誤，A正確。
5．（示波管）示波管原理圖如圖甲所示。它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空。如果在偏轉(zhuǎn)電極XX′和YY′之間都沒有加電壓，電子束從電子槍射出后沿直線運(yùn)動(dòng)，打在熒光屏中心，產(chǎn)生一個(gè)亮斑如圖乙所示。若板間電勢差UXX′和UYY′隨時(shí)間變化關(guān)系圖像如丙、丁所示，則熒光屏上的圖像可能為（???）
【詳解】】UXX′和UYY′均為正值，電場強(qiáng)度方向由X指向X′，Y指向Y′，電子帶負(fù)電，電場力方向與電場強(qiáng)度方向相反，所以分別向X，Y方向偏轉(zhuǎn)，可知A正確。
完成《10.5 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)同步分題型練習(xí)題》