《高中物理 2.5探究电子束在示波管中的运动课时讲练通课件 沪科版选修3-1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 2.5探究电子束在示波管中的运动课时讲练通课件 沪科版选修3-1（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,1.带电粒子在电场中的运动,通常情况下,重力为什么可忽略不计? 提示:电子、质子、粒子、离子等带电粒子在电场中受到的电场力远大于重力,所以重力通常可以忽略不计.,2.怎样计算带电粒子被电场加速之后的速度？ 提示：带电粒子动能的变化量等于电场力对它所做的 功.若粒子的初速度为零，根据动能定理： qU= mv2，加速后获得的速度v= ；若粒子的初 速度不为零，而是以初速度v0进入加速电场，则加速 后获得的速度根据动能定理：v=,3.结合下表探究带电粒子在电场中的加速问题的处理方法. 提示:,【典例1】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，M、N 为板间同一电场线上的两点，一带
2、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N B.粒子在M点的速度一定比在N点的大 C.粒子在M点的电势能一定比在N点的大 D.电场中M点的电势一定高于N点的电势 【思路点拨】(1)首先分析粒子所受电场力的方向. (2)电场力做功与电势能的关系是：电场力做负功电势能增加，电场力做正功电势能减少. (3)电荷电势能大小由电荷正负以及电势高低两个因素共同决定.,【自主解答】选B.据题意知粒子受到竖直向上的电场 力,A错.由M到N电场力做负功,即W电0,粒子电势能增 加,EpMEpN,C
3、错.而据W电= mvN2- mvM2知, mvN2- mvM20,故粒子在M点的速度比在N点的大,B对.由 于不知粒子所带电荷的电性,不能确定电场方向,也就 不能确定M与N点哪点的电势高,D错.,1.偏转电场加上偏转电压U，质量为m、带电量为q的粒子以垂直于电场方向的初速度v0进入板长为l，宽度为d的偏转电场(不计重力)，如图所示.,(1)带电粒子从进入电场到离开电场的运动时间是多少？加速度是多少？离开电场时的偏移量是多少？ 提示：带电粒子从进入电场之后，在平行极板方向做 匀速直线运动，所以从进入电场到离开电场的运动时 间t= ；因只受电场力的作用，加速度a= 离开电场时的偏移量y= at2=
4、,(2)离开电场时的偏转角是多少？ 提示：离开电场时的偏转角tan=,2.初速度为零的带电粒子经过加速电压为U1的电场加 速，经过偏转电压为U2的偏转电场偏转，偏转角的正 切值是多少？ 提示：因为离开电场时的偏转角tan= 又因为qU1= mv02，所以tan= 可见 tan与粒子本身无关，只与加速电场和偏转电场、有 关.,3.为什么说粒子射出电场时的速度方向的反向延长线必过极板的中心？ 提示：如图所示，若设射出时速 度v的反向延长线与初速度v0的 延长线交于O点，O点到电场 的右边缘距离为x. 得x= L，即粒子射出电场时的速度方向的反向延长线必过极板的中心.,4.只在示波管的XX加扫描电压
5、Ux，荧光屏上光点在 屏上做匀速直线运动吗？ 提示：只在示波管的XX加扫 描电压Ux(如图所示)，电子的 偏转角tan= ，偏 转距离x=(L+ )tan=(L+ ) Ux，因为扫描 电压Ux是时间的一次函数，所以偏转距离也是时间的 一次函数，也就是说荧光屏上光点在屏上做匀速直线 运动.,【典例2】一束电子流在经U=5000V 的加速电场加速后,在距两极板等 距处垂直进入平行板间的匀强电场, 如图所示,若两板间距d=1.0 cm,板 长l=5.0 cm,那么,要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加多大电压?,【思路点拨】(1)加速后获得的末速度可应用动能定理计算. (2)在偏转电场中，受
6、垂直于极板方向的电场力，可根据运动公式求解. (3)粒子经同一电场加速与偏转，偏转距离与粒子本身因素无关，只由加速电场与偏转电场决定.,【自主解答】设极板间电压为U时,电子能飞离平行板 间的偏转电场.加速过程,由动能定理得:eU= mv02 进入偏转电场,电子在平行于板面的方向上做匀速运动 l=v0t. ,在垂直于板面的方向做匀加速直线运动,加速度 a= 偏转距离:y= at2, 能飞出的条件为:y 解式得 U V=400 V.,【典例3】示波管Y电极两块平 行金属板板长l=5.0 cm，两板 间距d=1.0 cm，两板间电压为 90 V，且上板为正.一个电子沿 水平方向以速度v0=2.010
7、7 m/s,从两板中间射入，如图所示.求：,(1)电子离开Y电极时的偏转角正切值. (2)电子偏离金属板时侧位移是多少？ (3)电子离开电场后，打在屏上的P点，若s=10 cm，求OP的长. 【思路点拨】(1)偏转角是指粒子被偏转后的实际速度与初速度方向的夹角. (2)根据偏转角的概念tan= . (3)电子离开电场时速度的反向延长线与极板的中心位置相交.,【标准解答】由于电子所受的重力远小于电场力，因 而可忽略重力. (1)电子在电场中的加速度a= 飞行时间t= , 电子离开Y电极时的偏转角tan= = =0.2. (2)因为电子离开电场时速度的反向延长线与极板的中 心位置相交.根据几何关系
8、，电子偏离金属板时侧位 移：y0= tan= =0.49 cm.,(3)因为电子离开电场时速度的反向延长线与极板的中 心位置相交.电子离开电场后，打在屏上的P点，OP距 离y可根据几何关系求出： y=(s+ )tan=(s+ ) =0.025 m.,1.下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后,速 度最大的是( ) A.质子( ) B.氘核( ) C.粒子( ) D.钠离子(Na+) 【解析】选A.由 mv2=qU, v= 分清各种粒子的 比荷.,2.在匀强电场中，有两个质量分别为m和M、电荷量分别为q和Q的粒子，从静止开始沿电场方向通过相同的距离，则两者的动能之比为( ) A.M/m B.
9、m/M C.Q/q D.q/Q 【解析】选D.电场力对m做的功W=Eqs，对M做的功W= EQs，则两者动能均由电场力做功转化而来，所以动 能之比为 =q/Q，故选项D正确.,3.如图所示，电荷量和质量都相同的 带正电的粒子以不同的初速度通过A、 B两板间的加速电场后飞出，不计重 力的作用，则( ) A.它们通过加速电场所需要的时间相 等 B.它们通过加速电场过程中动能的增量相等,C.它们通过加速电场过程中速度的增量相等 D.它们通过加速电场的过程中电势能的减少量相等 【解析】选B、D.因为带电粒子的电荷量相等，由W=qU=Ek-Ek0可知，B对.因为W=qU一定，而电场力做功等于电势能的减少
10、量，故D对.,4.(2011嘉兴高二检测)如图是一 个说明示波管工作的原理图,电子 经加速电场(加速电压为U1)加速后 垂直进入偏转电场,离开偏转电场时偏转量是h,两平行板间的距离为d,电压为U2,板长为L,每单位电压引起的偏移h/U2,叫做示波管的灵敏度,为了提高灵敏度,可采用下列哪些方法( ) A.减小U2 B.减小U1 C.减小d D.减小L,【解析】,5.如图所示,初速度为零的电子在电势 差为U1的电场中加速后,垂直进入电势 差为U2的偏转电场,在满足电子能射出 偏转电场的条件下,下列四种情况中,一 定能使电子的偏转角度变大的是( ) A.U1变大,U2变大 B.U1变小,U2变大 C
11、.U1变大,U2变小 D.U1变小,U2变小,【解析】选B.带电粒子在加速电场中由动能定理知 qU1= mv02 在偏转电场中做类平抛运动：vy= t= 由式得tan = ( 为电子的偏转角).要 使偏转角变大,可知只有B正确.,一、选择题(本题包括5个小题，每小题4分，共20分) 1.如图所示,在P板附近有一电子由静 止开始向Q板运动,则关于电子到达Q 板时的速度,下列说法正确的是( ) A.两板间距离越大,加速的时间就越长,获得的速度就越大 B.两板间距离越小,加速度就越大,获得的速度就越大 C.与两板间距离无关,仅与加速电压有关 D.以上说法均不正确,【解析】选C.电子由P至Q的过程中,
12、静电力做功,根据 动能定理qU= mv2得v= ,速度大小与U有关,与 距离无关.故正确答案为C.,2.(2011长沙高二检测)如图所示, 让一束电子和一束氢核以相同的初 速度通过同一偏转电场,则( ) A.电子和氢核在电场中的运动时间相同 B.电子和氢核出电场时的偏角不同 C.电子和氢核出电场时动能相同 D.电子和氢核出电场时速度相同,【解析】选A、B.由运动时间t= 可知,电子和氢核在 电场中的运动时间相同,A对.偏角的正切值tan= 电子和氢核的电量q相等,质量m不等, 所以偏角不同,B对.射出电场时的动能Ek= m(v20+v2y),由于vy=at= 不同,所以出电场时 的动能Ek和速
13、度均不同,故C、D错.,3.一质量为m、电荷量为q的微观粒子垂直场强方向从中央射入两平行带电极板之间，当粒子的入射速度为v0时，恰好能穿越平行板电场.为使其入射速度减半时仍恰能穿越电场，则必须使( ) A.粒子的电荷量减半 B.两板间电压减半 C.两板间距加倍 D.两板间距减半,【解析】选C.解决这类问题时，一定要推出各物理量 之间的函数关系式，设板长为l，间距为d，当以v0恰 好穿越电场时，l=v0t, 即：d= . 从d= 可以看出，选项C是正确的.,4.一平行板电容器的两个极板水平放置，两极板间有一带电荷量不变的小油滴，小油滴在极板间运动时所受空气阻力的大小与其速率成正比.若两极板间电压
14、为零，经一段时间后，小油滴以速率v匀速下降；若两极板间电压为U，经一段时间后，小油滴以速率v匀速上升.若两极板间电压为-U，小油滴做匀速运动时速度的大小、方向将是( ) A.2v、向下 B.2v、向上 C.3v、向下 D.3v、向上,【解析】选C.因为空气阻力的大小与其速率成正比，可令Ff=kv.当电压为零时，物体匀速运动，受力平衡,mg=Ff=kv.当电压为U时经一段时间物体向上做匀速直线运动，阻力向下，由牛顿第二定律qU/d-mg-kv=0.当电压为-U时，电场力方向向下，空气阻力向上，物体向下运动，故B、D错，由牛顿第二定律qU/d+mg-kv=0.解得v=3v,A错，C正确.,5.(2
15、011南安高二检测)示波器可以用来观察电信号随时间变化的情况,其核心部件是示波管.若在荧光屏上出现如图所示的正弦式交变电流波形,则在水平偏转电极XX、竖直偏转电极YY所加的电压波形是( ),A.XX加图(1)波形电压,YY加图(2)波形电压 B.XX加图(2)波形电压,YY加图(1)波形电压 C.XX加图(3)波形电压,YY加图(1)波形电压 D.XX加图(4)波形电压,YY加图(1)波形电压,【解析】选D.加在YY上的电压是信号电压,加在XX上的电压是扫描电压,两者周期相同时,荧光屏上就会显示出信号电压随时间变化的波形图,故选D.,二、非选择题(本题共2小题，共10分) 6.(5分)如图所示
16、，在点电荷+Q的电 场中有A、B两点，将质子和粒子 分别从A点由静止释放到达B点时，它们的速度大小之比为多少？,【解析】质子和粒子都是正离子，从A点释放将受电场力作用加速运动到B点，设A、B两点间的电势差为U，由动能定理有： 对质子： mHvH2=qHU 对粒子： mv2=qU 答案:,7.(5分)一束质量为m、电荷量为q 的带电粒子以平行于两极板的速 度v0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),【解析】带电粒子在水平方向上做匀速直线运动，在 竖直方向上做匀加速运动，电场力做功导致电势能的 改变. 水平方向匀速，则运动时间t= 竖直方向加速，则侧位移y=
