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1、第9节带电粒子在电场中的运动 动能定理 一 带电粒子的加速带电粒子加速问题的分析方法 利用分析 质量为m 带正电荷q的粒子 在静电力作用下由静止开始 经过电势差为U的电场加速后 有qU 则v 二 带电粒子的偏转1 进入电场的方式 以初速度v0垂直于电场线方向进入匀强电场 2 受力特点 静电力大小恒定 且方向与初速度v0的方向垂直 3 运动规律 如图1所示 图1 v0 v0t 图2 电子枪 三 示波管1 构造示波管是示波器的核心部件 外部是一个抽成真空的玻璃壳 内部主要由 由发射电子的灯丝 加速电极组成 由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成 和组成 如图3所示 图3 偏转电极 荧光屏 热电子
2、 2 原理 1 扫描电压 XX 偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压 2 灯丝被电源加热后 发射 发射出来的电子经加速电场加速后 以很大的速度进入偏转电场 如在Y偏转电极板上加一个电压 在X偏转电极板上加一周期的扫描电压 在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变化的可视图象 信号 相同 带电粒子的加速 要点归纳 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 精典示例 例1 一个电子 质量为9 1 10 31k
3、g 电荷量为1 6 10 19C 以v0 4 0 107m s的初速度沿着匀强电场的电场线方向飞入匀强电场 已知电场强度大小E 2 0 105N C 不计重力 求 1 电子在电场中运动的加速度大小 2 电子进入电场的最大距离 3 电子进入电场最大距离的一半时的动能 答案 1 3 5 1016m s2 2 2 28 10 2m 3 3 6 10 16J 针对训练1 2017 晋城高二检测 如图4所示 在A板附近有一电子由静止开始向B板运动 则关于电子到达B板时的速率 下列解释正确的是 A 两板间距越大 加速的时间就越长 则获得的速率越大B 两板间距越小 加速的时间就越长 则获得的速率越大C 获得
4、的速率大小与两板间的距离无关 仅与加速电压U有关D 两板间距离越小 加速的时间越短 则获得的速率越小 图4 答案C 带电粒子在电场中的偏转 要点归纳 2 带电粒子偏转的两个结论 1 粒子从偏转电场射出时 其速度v的反向延长线过水平位移的中点 2 不同的带电粒子 电性相同 若经同一电场 加速电压为U1 加速后 又进入同一偏转电场 电压为U2 则它们的运动轨迹必定重合 图5 精典示例 例2 2017 湖北武昌实验中学检测 如图6所示 有一质子 质量为m 电荷量为e 由静止开始经电压为U1的电场加速后 进入两极间距离为d 板间电压为U2的平行金属板间 若质子从两板正中间垂直电场方向射入电场 并且恰能
5、从下板右边缘穿出电场 求 图6 1 质子刚进入偏转电场U2时的速度v0 2 质子在偏转电场U2中运动的时间和金属板的长度L 3 质子穿出偏转电场时的动能Ek 分析带电粒子在匀强电场中的偏转问题的方法 1 条件分析 不计重力 且带电粒子的初速度v0与电场方向垂直 则带电粒子将在电场中只受电场力作用做类平抛运动 2 运动分析 一般用分解的思想来处理 即将带电粒子的运动分解为沿电场力方向上的匀加速直线运动和垂直电场力方向上的匀速直线运动 针对训练2 一束电子流在经U 5000V的加速电压加速后 在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场 如图7所示 若两板间距离d 1 0cm 板长l 5 0cm
6、那么 要使电子能从平行板间飞出 两个极板上最大能加多大电压 图7 答案400V 1 带电粒子的直线运动 2017 南京高二检测 在如图8的匀强电场中 若一个点电荷从P点由静止释放 则以下说法正确的是 A 该点电荷可能做匀变速曲线运动B 该点电荷一定向右运动C 电场力对该点电荷可能不做功D 该点电荷一定做匀加速直线运动 图8 解析电荷受到水平方向上的电场力做匀加速直线运动 因为电荷的电性未知 无法确定向哪个方向做匀加速直线运动 故A B错误 D正确 电荷在运动的过程中 电场力做正功 答案D 2 带电粒子的偏转 如图9所示 两极板与电源相连接 电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场 且恰好从正极
7、板边缘飞出 现在使电子入射速度变为原来的两倍 而电子仍从原位置射入 且仍从正极板边缘飞出 则两极板的间距应变为原来的 图9 答案C 3 示波管原理 2017 江西高安检测 图10甲为示波管的原理图 如果在电极YY 之间所加的电压按图乙所示的规律变化 在电极XX 之间所加的电压按图丙所示的规律变化 则在荧光屏上会看到的图形是 图10 答案B 4 带电粒子的加速 偏转 如图11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 图11 1 求电子穿过A板时速度的大小 2 求电子从偏转电场中射出时的偏移量 3 若要电子打在荧光屏上P点的上方 可采取哪些措施
