带电粒子在电场中的.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,带电粒子在电场中的,运动,高二物理备课组,一.,带电粒子在电场中的加速,二.,带电粒子在电场中的偏转,对偏移公式的讨论,例1,例2,例3,92高考,例5,、,04年海南理综35,、,01年上海11,.,三.在电场力和重力共同作用下的运动,例6,97高考,例8,例9,例10,四、,小结,五.综合题,例11,04年上海7,94高考,99,高考,带电粒子在电场中的,运动,一.带电粒子的加速,如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压,U,两板间有一个带正电荷量为,q,的带电粒子，它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负极板时的速度有多大？,U,q,-,+,带电粒子在电场力的作用下，电场力所的功,W=,qU,，,设带电粒子到达负极板时的速度为,V,qE,由动能定理 1/2,mv,2,=,qU,上式是从匀强电场的情况得出的，,但是同样适用非匀强电场的情况,课堂小结,一、带电粒子的加速,1、运动状态：带电粒子沿与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，做匀加（或匀减）速,直线运动。,2、功能关系：粒子动能的变化量等于电场力所做的功。,qU,=m,v,t,2,/2-,m,v,0,2,/2,二、带电粒子的偏转,1、运动状态：带电粒子以速度,v,0,垂直于电场线方向射入匀强,电场时，受到恒定的与初速度方向垂直的电场力作用而做匀,变速曲线运动。,2、偏转问题的处理方法：类似于平抛运动的处理。,沿,初速度方向为匀速直线运动,运动时间：,t=L/v,0,沿电场力方向为初速度为零的匀加速直线运动,加速度：,a=F/m=,qE,/m=,qu,/,md,带电粒子的偏转,垂直电场方向:,平行电场方向:,L,v,0,d,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,q,v,v,0,v,y,L,/,2,做匀速直线运动,做初速度为零的匀加速直线运动,二.带电粒子的偏转,如图所示，在真空中水平放置一对金属板,Y,和,Y，,板间距离为,d,在两板间加以电压,U，,两板间的匀强电场的场强为,E=U/d,现有一电荷量为,q,的带电粒子以水平速度,v,0,射入电场中.,带电粒子在初速度方向做匀速运动,L=V,0,t t=L/V,0,带电粒子在电场力方向做匀加速运动,带电粒子通过电场的侧移,偏向角,对偏移公式的讨论,对于不同的带电粒子,（1）若以相同的速度射入，则,yq/m,（2）若以相同的动能射入，则,yq,(3）若以相同的动量射入，则,y,qm,（4）若经相同电压,U,0,加速后射入，则,y,与,q m,无关,随加速电压的增大而减小，随偏转电压的增大而增大。,电子枪,荧光屏,偏转电极,+,-,X,X,、,y,、,y,X,X,、,y,、,y,亮斑,如果在偏转电极,XX、YY,上,不加电压，电子如何运动？如果在偏转电极,XX,上不加电压，偏转电极,YY,上加电压电子又如何运动？,电视机显象管示意图,例1,.带电粒子垂直进入匀强电场中偏转时（除电场力外不计其它力的作用）,A,电势能增加，动能增加,B,电势能减小，动能增加,C,电势能和动能都不变,D,上述结论都不正确,B,例2,.,电子以初速度,v,0,沿垂直场强方向射入两平行金属板中间的匀强电场中，现增大两板间的电压，但仍使电子能够穿过平行板间，则电子穿越平行板所需要的时间,A,随电压的增大而减小,B,随电压的增大而增大,C,加大两板间距离，时间将减小,D,与电压及两板间距离均无关,D,例3,如图所示，质量为,m,，,带电量为,q,的离子以,v,0,的速度，沿与场强垂直的方向从,A,点飞入匀强电场，并从另一侧,B,点沿与场强方向成,150,角飞出则,A,、,B,两点间的电势差是多少?,150,0,E,A,B,qE,解,:电子做类平抛运动,a=,qE,/m,由速度分解,V,y,V,0,Vt,V,y,2,=2ay=2qEy/m=3 V,0,2,V,0,1992年高考、,如图,电子在电势差为,U,1,的加速电场中由静止开始运动,然后射入电势差为,U,2,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,下述四种情况中,一定能使电子的偏转角,变大的是 (),(,A)U,1,变大、,U,2,变大 (,B)U,1,变小、,U,2,变大,(,C)U,1,变大、,U,2,变小 (,D)U,1,变小、,U,2,变小,解,:,B,例5.,两平行金属板之间存在匀强电场，一带电粒子以初动能,E,K,沿垂直电力线方向飞入，飞离电场时动能为初动能的2倍若同一带电粒子初速度增加1倍，那么，它飞出电场时动能为_,E,K,v,0,解,：设初速度为,v,0,，,偏移为,y,y,由动能定理,F,y,=E,K,=2E,K,E,K,=E,K,若初速度为2,v,0,，,偏移为,y，,y,则,y,=0.25,y,由动能定理,F,y,=E,K,=E,K,-4 E,K,=0.25 E,K,E,K,=,4.25 E,K,4.25,04年海南理综35,图5为示波管中偏转电极的示意图,相距为,d,长度为的平行板,A、B,加上电压后，可在,A、B,之间的空间中（设为真空）产生电场（设为匀强电场）。在,AB,左端距,A、B,等距离处的,O,点，有一电量为+,q、,质量为,m,的粒子以初速沿水平方向（与,A、B,板平行）射入（如图）。不计重力，要使此粒子能从,C,处射出，则,A、B,间的电压应为 （,）,C.,A.,B.,D.,+,-,d,v,0,A,O,B,C,A,01年上海11.,一束质量为,m、,电量为,q,的带电粒子以平行于两极板的速度,v,0,进入匀强电场，如图所示.如果两极板间电压为,U，,两极板间的距离为,d、,板长为,L.,设粒子束不会击中极板，则粒子从进入电场到飞出极板时电势能的变化量为,.（粒子的重力忽略不计）,v,0,d,L,解:,侧位移,电场力做功,电势能的变化量等于电场力做的功.,例6.,三个等质量，分别带正电、负电和不带电的小球，以相同的水平速度由,P,点射入水平放置的平行金属板间，三小球分别落在图中,A,、,B,、,C,三点，则,A,A,带正电、,B,不带电、,C,带负电,B,三小球在电场中运动时间相等,C,三小球到达下板时的动能关系是,E,kA,E,kB,E,kC,D,三小球在电场中加速度大小关系是：,a,A,a,B,a,C,P,C B A,-,+,注意,：小球、油滴、微粒等要考虑重力，而电子、质子等不要考虑重力。,A,97年高考、,在方向水平的匀强电场中，一不可伸长的不导电细线的一端连着一个质量为,m,的带电小球、另一端固定于,O,点，把小球拉起直至细线与场强平行，然后无初速度释放，已知小球摆到最低点的另一侧，线与竖直方向的最大夹角为,，,如图所示，求小球经过最低点时，细线对小球的拉力。,A,B,C,解：,先分析受力，,qE,不可能向左，受力 如图,mg,qE,过程:,A-C,由动能定理,mg,l,cos,-,qE,l,(1+sin）=0,过程:,A-B,由动能定理,mg,l,-,qE,l,=1/2 mv,2,在,B,点，,T,mg,由圆周运动,T-mg=mv,2,/,l,例8,如图示，,A,、,B,为平行金属板，两板的中央各有一个小孔,M,和,N,，,K,闭合时，今有一带电质点，自,A,板上方相距为,h,的,P,点由静止自由下落（,P、M、N,在同一竖直线上），空气阻力忽略不计，,K,到达,N,孔时速度恰好为零，然后沿原路返回，若保持两极板间的电压不变，则：(),A,.,把,A,板向上平移一小段距离，质点自,P,点自由下落仍能返回,B,.,把,A,板向下平移一小段距离，质点自,P,点自由下落后将穿过,N,孔继续下落,C.,把,B,板向上平移一小段距离，质点自,P,点自由下落后仍能返回,D.,把,B,板向下平移一小段距离，质点自,P,点自由下落后将穿过,N,孔，继续下落,P,K,h,d,N,A,B,M,解,：,原来,E,K,=,mg,(h+d),-,qU,=0,A,板平移，,h+d,不变，,E,K,=0,B,板向上平移,E,K,=,mg,(h+d,),-,qU,0,B,板向下平移,E,K,=,mg,(h+d,),-,qU,0,A C D,若,K,闭合后断开，如何？,E,不变，,A B,正确,例9,.如图示，水平方向匀强电场中，有一带电体,P,自,O,点竖直向上射出，它的初动能为4,J，,当它上升到最高点,M,时，它的动能为5,J，,则物体折回并通过与,O,同一水平线上的,O,点时，其动能为 （）,A.20J B.24J C.25J D.29J,M,O,E,P,O,v,0,解,：带电体受力如图示，,mg,qE,竖直方向做竖直上抛运动,水平方向做初速度为0的匀加速运动，,v,M,v,y,v,x,v,t,由上抛的对称性及匀加速运动规律，,v,y,=v,0,t,OM,=,t,MO,v,x,=2v,M,由题意,1/2,m v,0,2,=4J,1/2m v,M,2,=5J,E,K,=1/2m v,t,2,=1/2m v,x,2,+1/2m v,y,2,=45+4=24J,B,例10,、质量为510,-6,kg,的带电粒子以2,m/s,速度从水平放置的平行金属板,A、B,中央沿水平方向飞入板间，如图所示.已知板长,L10cm，,间距,d2cm，,当,U,AB,为1000,V,时，带电粒子恰好沿直线穿过板间，则该粒子带,电，电量为,C，,当,AB,间电压在,范围内时，此带电粒子能从板间飞出.,d=2cm,v,0,=2m/s,L10cm,+,-,解：粒子受力如图，,qE,mg,粒子带,负电,qE,=mg q=,mgd,/U,0,=10,-9,C,若电压增大为,U,1,，,恰好从上板边缘飞出，,y=1/2 at,2,=d/2,a=d v,0,2,/L,2,=8m/s,2,qU,1,/d mg=ma,U,1,=1800V,若电压减小为,U,2,，,恰好从下板边缘飞出，,y=1/2 at,2,=d/2 a=8m/s,2,mg -qU,1,/d=ma,U,2,=200V,200,VU 1800V,负,10,-9,200-1800,V,质量,m、,带电量+,q,的滑块，在竖直放置的光滑绝缘圆形轨道上运动，轨道半径为,r，,现在该区域加一竖直向下的匀强电场，场强为,E，,为使滑块在运动中不离开圆形轨道，求：滑块在最低点的速度应满足什么条件？,O,A,C,B,E,+q,m,解,：若滑块能在圆形轨道上做完整的圆周运动，且刚能通过,B,点，划块的受力如图示：令,g,1,=g+,qE,/m,mg,qE,必须有,mg,1,=mv,2,/r,由,动能定理：,A-B,例11,、,O,A,C,B,E,+q,m,另一种情况,：若滑块最多只能在圆形轨道上运动到,C,点，则可以在,A,点两侧沿圆轨道往复摆动：,则,v,C,=0,由动能定理得,滑块在最低点的速度应满足的条件为,式中,g,1,=g+,qE,/m,思考,：若电场强度,E,的方向向上，结果如何？,题目,04年上海7,光滑水平面上有一边长为,l,的正方形区域处在场强为,E,的匀强电场中，电场方向与正方形一边平行。一质量为,m,、,带电量为,q,的小球由某一边的中点，以垂直于该边的水平初速,v,0,进入该正方形区域。当小球再次运动到该正方形区域的边缘时，具有的动能可能为（）,A0,A B C,解：,因为题中有两个不确定：运动的末位置不确定；电场方向不确定，因此要分别讨论。,设小球从,a,点运动到,b,点时，如图示：,D,a,b,A,B,C,v,0,由动能定理,W=1/2 mv,b,2,-1/2 mv,0,2,其动能,E,Kb,=1/2 mv,b,2,=1/2 mv,0,2,+,W,若电场方向垂直于水平面（图中纸面）则,W=0，C,正确,若电场方向沿,AB,方向，则,W=,qE,l,，,题中无此答案.,若电场方向沿,BA,方向，,W=-,qE,l,，,当1/2,mv,0,2,=-,qE,l,则,E,Kb,=0 A,正确,若电场方向沿,AD,方向，小球从,a,点运动到,C,点时,E,Kb,=1/2 mv,b,2,=1/2 mv,0,2,+1/2,qE,l,B,正确,(,A),若电子是在,t=0,时刻进入的,它将一直向,B,板运动,(,B),若电子是在,t=T/8,时刻进入的,它可能时而向,B,板运动,时而向,A,板运动,最后打在,B,板上,(,C),若电子是在,t=3T/8,时刻进入的,它可能时而,向,B,板运动,时而向,A,板运动,最后打在,B,板上,(,D),若电子是在,t=T/2,时刻进入的,它可能时而向,B,板、时而向,A,板运动,图中,A,、,B,是一对平行的金属板,.,在两板间加上一周期为,T,的交变电压,u.A,板的电势,U,A,=0,B,板的电势,U,B,随时间的变化规律为,:,在,0,到,T/2,的时间内,U,B,=U,0,(,正的常数,);,在,T/2,到,T,的时间内,.,U,B,=,-,U,0,;,在,T,到,3,T/2,的时间内,U,B,=U,0,;,在,3,T/2,到,2,T,的时间内,.,U,B,=,-,U,0,现有一电子从,A,板上的小孔进入两板间的电场区内,.,设电子的初速度和重力的影响均可忽略,则,(,),B,A,u,A B,94高考:,U,0,-U,0,T/2 T 3T/2 2T,画出,ut,图,t,u,画出,vt,图,A.t=0,进入,0,T/2 T 3T/2 2T,v,t,B.t=T/8,进入,v,t,0,T/2 T 3T/2 2T,题目,ut,图,U,0,-U,0,T/2 T 3T/2 2T,C.t=3T/8,进入,v,t,0,T/2 T 3T/2 2T,D.t=T/2,进入,v,t,0,T/2 T 3T/2 2T,C D,都 错误，只有,A B,正确,题目,在光滑水平面上有一质量,m=1.0,10,-3,kg,、,电量,q,1.0,10,-10,C,的带正电小球，静止在,O,点以,O,点为原点，在该水平面内建立直角坐标系,Oxy,现突然加一沿,X,轴正方向、场强大小,E,2.0,10,6,V,m,的匀强电场，使小球开始运动经过,1.0,s,，,所加电场突然变为沿,y,轴正方向，场强大小仍为,E,2.0,10,6,V,m,的匀强电场再经过,1.0,s,，,所加电场又突然变为另一个匀强电场，使小球在此电场作用下经,1.0,s,速度变为零求此电场的方向及速度变为零时小球的位置,99年高考,下页,x,y,E,qE,V,x,E,qE,V,x,V,t,V,y,qE,1,题目,下页,解:,由牛顿定律，在匀强电场中小球加速度的大小为,a=F/m=0.20m/s,2,(1),当场强沿,x,正方向时，经过,1,秒钟小球的速度大小为,v,x,at=0.20,1.0,0.20m/s,(2),速度的方向沿,x,轴正方向小球沿,x,轴方向移动的距离,x,1,=1/2 at,2,=1/20.2 1=0.10m (3),在,第,2,秒内,，电场方向沿,y,轴正方向，故小球在,x,方向做速度为,v,x,的匀速运动，在,y,方向做初速为零的匀加速运动,沿,x,方向移动的距离 ,x,2,=,v,x,t,0.20m,(4),沿,y,方向移动的距离,y=1/2 at,2,=1/20.2 1=0.10m (5),故在,第,2,秒末,小球到达的位置坐标,x,2,x,1,x,2,=0.30m,(6),y,2,=,y=0.10m,(7),题目,上页,下页,在第,2,秒末小球在,x,方向的分速度仍为,v,x,，,在,y,方向的分速度,v,y,=at,0.20,1.0=0.20m/s,(8),由上可知，此时运动方向与,x,轴成,45,角要使小球速度能变为零，则在,第,3,秒内所加匀强电场的方向必须与此方向相反，即指向第三象限，与,x,轴成,225,角,在第,3,秒内,，在电场力作用下小球做匀减速运动，则由,在第,3,秒末小球到达的位置坐标为,x,3,=,v,x,t/2=0.21/2=0.1m,x,3,=x,2,+x,3,=0.40m (11),y,3,=,v,y,t/2=0.21/2=0.1m,y,3,=y,2,+y,3,=0.20m (12),题目,上页,回首页,