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,知识梳理深化拓展,栏目索引,知识梳理深化拓展,栏目索引,*,*,知识梳理深化拓展,栏目索引,考点一,*,*,知识梳理深化拓展,栏目索引,*,*,知识梳理深化拓展,栏目索引,知识梳理,知识梳理深化拓展,栏目索引,深化拓展,知识梳理深化拓展,栏目索引,*,*,知识梳理深化拓展,栏目索引,*,*,知识梳理深化拓展,栏目索引,夯基提能作业,第,4,讲带电粒子在电场中运动,1/40,知识梳理,一、带电粒子在电场中做直线运动,1.运动状态分析,带电粒子沿与电场线平行方向进入匀强电场,受到电场力与运动方,向在同一直线上,做,匀变速直线,运动。,2/40,2.功效观点分析,粒子动能改变量等于电场力做功(电场能够是匀强或非匀强电,场)。,(1)若粒子初速度为零,则,mv,2,=,qU,v,=,。,(2)若粒子初速度不为零,则,mv,2,-,m,=,qU,v,=,。,3/40,二、带电粒子在电场中偏转,1.带电粒子以垂直匀强电场场强方向进入电场后,受到电场力,F,恒,定且与初速度方向垂直,做匀变速曲线运动(类平抛运动),如图所表示。,4/40,2.偏转运动分析方法,(1)沿初速度方向为,匀速直线运动,。,运动时间:,t,=,。,(2)沿电场力方向为初速度为零,匀加速直线,运动。,a,=,=,=,。,离开电场时偏移量:,y,=,at,2,=,。,离开电场时偏转角:tan,=,=,。,5/40,三、示波器,1.示波管结构:,示波器关键部件是示波管,示波管结构简图如图所,示,也可将示波管结构大致分为三部分,即电子枪、偏转电极和荧光,屏。,6/40,2.假如在偏转电极,XX,和,YY,之间都没有加电压,则电子枪射出电子沿,直线运动,打在荧光屏,中心,在那里产生一个亮斑。,3.,YY,上加是待显示,信号电压,XX,上是仪器本身产生锯齿,形电压,叫做,扫描电压,若所加扫描电压和信号电压周期,相同,就能够在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间改变稳,定图像。,7/40,1.以下粒子从静止状态经过电压为,U,电场加速后,速度最大,是,(),A.质子,H)B.氘核,H),C.粒子,He)D.钠离子(Na,+,),答案,A依据,qU,=,mv,2,可得,v,=,对四种粒子分析,质子,最,大,故选项A正确。,A,8/40,2.两平行金属板间为匀强电场,不一样带电粒子都以垂直于电场线方,向飞入匀强电场(不计重力),要使这些粒子经过匀强电场后有相同大小,偏转角,则它们应具备条件是,(),A.有相同动能和相同比荷,B.有相同动量(质量与速度乘积)和相同比荷,C.有相同速度和相同比荷,D.只要有相同比荷就能够,C,答案,C由偏转角tan,=,=,可知在确定偏转电场中,U,、,l,、,d,确定,则偏转角与,和,v,0,相关。,9/40,3.(多项选择)示波管是示波器关键部件,它由电子枪、偏转电极和荧光屏,组成,如图所表示。假如在荧光屏上,P,点出现亮斑,那么示波管中,(),A.极板,X,应带正电B.极板,X,应带正电,C.极板,Y,应带正电D.极板,Y,应带正电,AC,10/40,答案,AC依据亮斑位置,电子偏向,XY,区域,说明电子受到电场力作,用发生了偏转,所以极板,X,、极板,Y,均应带正电。,11/40,深化拓展,考点一,带电粒子在匀强电场中直线运动,考点二,带电粒子在匀强电场中偏转,考点三,示波管原理,12/40,深化拓展,考点一带电粒子在匀强电场中直线运动,1.,带电粒子在电场中运动,综合了静电场和力学知识,分析方法,和力学分析方法基本相同:先分析受力情况,再分析运动状态和运动,过程(平衡、加速、减速;直线还是曲线),然后选取恰当规律解题。解,决这类问题基本方法是:(1)采取运动和力观点:牛顿第二定律和运,动学知识求解。(2)用能量转化观点:动能定理和功效关系求解。,13/40,2.对带电粒子进行受力分析时应注意问题,(1)要掌握电场力特点。电场力大小和方向不但跟场强大小和方,向相关,还跟带电粒子电性和电荷量相关。在匀强电场中,同一带电,粒子在各处所受电场力大小和方向相同;在非匀强电场中,同一带电,粒子在不一样位置所受电场力大小和方向都可能不一样。,(2)是否考虑重力要依据情况而定。,微观粒子:如电子、质子、粒子、离子等除有说明或明确暗示外,一,般不考虑重力(但不能忽略质量)。,宏观小物体:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或明确暗示外,一,般都不能忽略重力。,14/40,1-1一水平放置平行板电容器两极板间距为,d,极板分别与电池两,极相连,上极板中心有一小孔(小孔对电场影响可忽略不计)。小孔正,上方,处,P,点有一带电粒子,该粒子从静止开始下落,经过小孔进入,电容器,并在下极板处(未与极板接触)返回。若将下极板向上平移,则,从,P,点开始下落相同粒子将,(),A.打到下极板上 B.在下极板处返回,C.在距上极板,处返回D.在距上极板,d,处返回,D,15/40,答案,D设板间电压为,U,场强为,E,则,E,=,由动能定理得,mg,d,-,qEd,=0,将下极板向上平移,后,U,不变,d,=,d,则,E,=,=,E,设粒子在距上极板,x,处返回,则,mg,(,+,x,)-,qE,x,=0,联立解得:,x,=,d,故D正确,A、B、C错误。,16/40,1-2甲图是我国自主研制 200 mm 离子电推进系统,已经经过我国,“实践九号”卫星空间飞行试验验证,有望在全方面应用于我国航,天器。离子电推进系统关键部件为离子推进器,它采取喷出带电离子,方式实现飞船姿态和轨道调整,含有大幅降低推进剂燃料消耗、,操控更灵活、定位更精准等优势。离子推进器工作原理如图乙所表示,推进剂氙原子,P,喷注入腔室,C,后,被电子枪,G,射出电子碰撞而电离,成,为带正电氙离子。氙离子从腔室,C,中飘移过栅电极,A,速度大小可,忽略不计,在栅电极,A,、,B,之间电场中加速,并从栅电极,B,喷出。在加,速氙离子过程中飞船取得推力。已知栅电极,A,、,B,之间电压为,U,氙,离子质量为,m,、电荷量为,q,。,17/40,甲,乙,18/40,(1)将该离子推进器固定在地面上进行试验。求氙离子经,A,、,B,之间,电场加速后,经过栅电极,B,时速度,v,大小;,(2)配有该离子推进器飞船总质量为,M,现需要对飞船运行方向作一,次微调,即经过推进器短暂工作让飞船在与原速度垂直方向上取得一很,小速度,v,此过程中可认为氙离子仍以第(1)问中所求速度经过栅,电极,B,。推进器工作时飞船总质量可视为不变。求推进器在此次工,作过程中喷射氙离子数目,N,;,(3)能够用离子推进器工作过程中产生推力与,A,、,B,之间电场对氙,离子做功功率比值,S,来反应推进器工作情况。经过计算说明采取,哪些办法能够增大,S,并对增大,S,实际意义说出你看法。,19/40,答案,(1),(2),(3)看法析,解析,(1)依据动能定理有,qU,=,mv,2,解得:,v,=,(2)在与飞船运动方向垂直方向上,依据动量守恒有:,M,v,=,Nmv,解得:,N,=,=,(3)设单位时间内经过栅电极,A,氙离子数为,n,在时间,t,内,离子推进器发,射出氙离子个数为,N,=,nt,设氙离子受到平均力为,F,对时间,t,内射出,氙离子利用动量定理有,20/40,F,t,=,N,mv,=,ntmv,F,=,nmv,依据牛顿第三定律可知,离子推进器工作过程中对飞船推力大小,F,=,F,=,nmv,电场对氙离子做功功率,P,=,nqU,则,S,=,=,依据上式可知:增大,S,能够经过减小,q,、,U,或增大,m,方法。,增大,S,意味着推进器消耗相同功率能够取得更大推力。,21/40,考点二带电粒子在匀强电场中偏转,1.条件:,带电粒子垂直于电场方向进入匀强电场。,2.处理方法:,类似于平抛运动,应用运动合成与分解方法。,3.两个有用结论,从中央垂直于电场方向射入(设沿,x,轴射入)带电粒子在射出电场时,速度反向延长线交,x,轴上一点,该点与射入点间距离为带电粒子,在,x,轴方向上位移二分之一(带电粒子就好像是从“中点”射出)。,静止带电粒子经同一电场加速,再垂直射入同一偏转电场,射出粒,子偏转角度和偏移量与粒子,q,、,m,无关。,22/40,【,情景素材教师备用,】,23/40,2-1两个半径均为,R,圆形平板电极,平行正对放置,相距为,d,极板间,电势差为,U,板间电场能够认为是均匀。一个粒子从正极板边缘以,某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间,抵达负极板时恰好落在极,板中心。已知质子电荷量为,e,质子和中子质量均视为,m,忽略重力和,空气阻力影响,求:,(1)极板间电场强度,E,;,(2)粒子在极板间运动加速度,a,;,(3)粒子初速度,v,0,。,答案,(1),E,=,(2),a,=,(3),v,0,=,24/40,解析,(1)极板间场强,E,=,(2)粒子带电荷量为2,e,质量为4,m,所受电场力,F,=2,eE,=,粒子在极板间运动加速度,a,=,=,(3)由,d,=,at,2,得,t,=,=2,d,v,0,=,=,。,25/40,2-2(北京理综,23,18分)如图所表示,电子由静止开始经加速电场加,速后,沿平行于板面方向射入偏转电场,并从另一侧射出。已知电子,质量为,m,电荷量为,e,加速电场电压为,U,0,。偏转电场可看做匀强电场,极,板间电压为,U,极板长度为,L,板间距为,d,。,(1)忽略电子所受重力,求电子射入偏转电场时初速度,v,0,和从电场射出,时沿垂直板面方向偏转距离,y,。,(2)分析物理量数量级,是处理物理问题惯用方法。在处理(1)问时,忽略了电子所受重力,请利用以下数据分析说明其原因。已知,U,=2.0,1,0,2,V,d,=4.0,10,-2,m,m,=9.1,10,-31,kg,e,=1.6,10,-19,C,g,=10 m/s,2,。,(3)极板间现有静电场也有重力场。电势反应了静电场各点能性,质,请写出电势,定义式。类比电势定义方法,在重力场中建立“重,力势”,G,概念,并简明说明电势和“重力势”共同特点。,26/40,答案,(1),(2)(3)看法析,解析,(1)依据功和能关系,有,eU,0,=,m,电子射入偏转电场初速度,v,0,=,27/40,在偏转电场中,电子运动时间,t,=,=,L,偏转距离,y,=,a,(,t,),2,=,(2)考虑电子所受重力和电场力数量级,有,重力,G,=,mg,10,-29,N,电场力,F,=,10,-15,N,因为,F,G,所以不需要考虑电子所受重力。,(3)电场中某点电势,定义为电荷在该点电势能,E,p,与其电荷量,q,比,值,即,=,因为重力做功与路径无关,能够类比静电场电势定义,将重力场中物,28/40,体在某点重力势能,E,G,与其质量,m,比值,叫做“重力势”,即,G,=,。,电势,和重力势,G,都是反应场能性质物理量,仅由场本身原因,决定。,29/40,考点三示波管原理,1.偏转电极不加电压时,从电子枪射出电子将沿直线运动,射到荧,光屏中心点形成一个亮斑。,2.在,YY,(或,XX,)加电压时,电子偏转后射到,YY,(或,XX,)所在直线上某一,点,形成一个亮斑(不在中心),如图所表示。,设加速电压为,U,1,偏转电压为,U,2,电子电荷量为,e,质量为,m,由,W,=,E,k,得,eU,1,=,m,30/40,在电场中侧移量,y,=,at,2,=,t,2,其中,d,为两板间距,水平方向,t,=,又tan,=,=,=,=,由式得荧光屏上侧移量,y,=,y,+,L,tan,=,=tan,31/40,3.示波管实际工作时,竖直偏转板和水平偏转板都加上电压。普通加在,竖直偏转板上电压是要研究信号电压,加在水平偏转板上电压是,扫描电压,若二者周期相同,在荧光屏上就会显示出信号电压随时间变,化波形图。,32/40,3-1图(a)为示波管原理图。假如在电极,YY,之间所加电压按图(b),所表示规律改变,在电极,XX,之间所加电压按图(c)所表示规律改变,则在荧光屏上会看到图形是,(),B,33/40,答案,B由题图(b)及(c)知,当,U,Y,为正时,Y,极电势高,电子向,Y,极偏,在,y,方向电子从,y,=0开始向+,y,方向运动,而此时,U,X,为负,即,X,极电势高,电子,向,X,极偏,在,x,方向图形从-,x,半个周期开始,所以在荧光屏上看到图形,是B。,34/40,3-2(北京海淀二模,23)如图所表示,真空玻璃管内,加热阴极K发,出电子(初速度可忽略不计)经阳极A与阴极K之间电压,U,1,形成加,速电场加速后,从阳极A小孔射出,由水平放置平行正对偏转极,板,M,、,N,左端中点以平行于极板方向射入两极板之间区域。,若,M,、,N,两极板间无电压,电子将沿水平直线打在荧光屏上,O,点;若在,M,、,N,两极板间加电压,U,2,形成平行纸面偏转电场,则电子将打在荧光,屏上,P,点;若在,M,、,N,极板间加电压,U,2,同时,再加方向垂直纸面匀,强磁场,则电子将能重新打在荧光屏上,O,点。已知电子质量为,m,电荷,量为,e,M,、,N,两极板长均为,L,1,、两极板间距离为,d,极板右端到荧光屏,距离为,L,2,。,35/40,(1)忽略电子所受重力及它们之间相互作用力,求:,电子从阳极A小孔射出时速度,v,0,大小;,电子重新打在荧光屏上,O,点时,所加匀强磁场磁感应强度,B,大,小。,36/40,(2)在处理一些实际问题时,为了简化问题,常忽略一些影响相对较小,量,这对最终计算结果并没有太大影响,所以这种处理是合理。,如在计算电子打在荧光屏上位置时,对于电子离开,M,、,N,板间偏转,电场后运动到荧光屏过程,能够忽略电子所受重力。请利用以下数,据分析说明为何这么处理是合理。已知,U,2,=2.0,10,2,V,d,=4.0,10,-2,m,m,=9.1,10,-31,kg,e,=1.6,10,-19,C,L,1,=5.0,10,-2,m,L,2,=0.10 m,重力加速度,g,=1,0 m/s,2,。,答案,(1)(2)看法析,解析,(1)对于电子在加速电场中加速过程,依据动能定理有,eU,1,=,m,37/40,解得,v,0,=,加磁场后,电子沿水平方向以,v,0,做匀速直线运动,所受协力为零,即,e,=,ev,0,B,解得,B,=,(2)电子经过偏转电场时间,t,1,=,电子离开偏转电场时沿垂直偏转极板方向速度分量,v,y,=,a,y,t,1,=,电子离开偏转电场到荧光屏运动时间,t,2,=,若不计重力,电子离开偏转电场到荧光屏过程中,沿垂直偏转极板方,38/40,向位移,y,1,=,v,y,t,2,=,若考虑到重力作用,则电子离开偏转电场到荧光屏过程中,沿垂直,偏转极板方向位移,y,2,=,v,y,t,2,+,g,=,+,因为重力影响,电子离开偏转电场到荧光屏过程中,沿垂直偏转极板,方向位移增加量为,y,=,y,2,-,y,1,=,因为重力影响,电子离开偏转电场到荧光屏过程中,沿垂直偏转极,板方向:位移增加量与忽略电子所受重力时位移比值,39/40,=,10,-14,即重力对电子打在荧光屏上位置影响非常小,所以计算电子偏转量时,能够忽略电子所受重力。,40/40,
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