《1011版高中物理 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31》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1011版高中物理 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31（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1.1.带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动, ,通常情况下通常情况下, ,重力为什么重力为什么可忽略不计可忽略不计? ?提示提示: :电子、质子、电子、质子、粒子、离子等带电粒子在电场中粒子、离子等带电粒子在电场中受到的电场力远大于重力受到的电场力远大于重力, ,所以重力通常可以忽略不计所以重力通常可以忽略不计. .2.2.怎样计算带电粒子被电场加速之后的速度？怎样计算带电粒子被电场加速之后的速度？提示：提示：带电粒子动能的变化量等于电场力对它所做的带电粒子动能的变化量等于电场力对它所做的功功. .若粒子的初速度为零，根据动能定理：若粒子的初速度为零，根据动能定理：qUqU= mv=
2、 mv2 2，加速后获得的速度，加速后获得的速度v= v= ；若粒子的初；若粒子的初速度不为零，而是以初速度速度不为零，而是以初速度v v0 0进入加速电场，则加速进入加速电场，则加速后获得的速度根据动能定理：后获得的速度根据动能定理：v=v= 3.3.结合下表探究带电粒子在电场中的加速问题的处理结合下表探究带电粒子在电场中的加速问题的处理方法方法. .提示提示: :【典例【典例1 1】如图所示，带等量异号电荷的】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，两平行金属板在真空中水平放置，M M、N N为板间同一电场线上的两点，一带电粒为板间同一电场线上的两点，一带电粒子子( (不计
3、重力不计重力) )以速度以速度v vM M经过经过M M点在电场线点在电场线上向下运动，且未与下板接触，一段时间后，粒子以上向下运动，且未与下板接触，一段时间后，粒子以速度速度v vN N折回折回N N点，则点，则( )( )A.A.粒子受电场力的方向一定由粒子受电场力的方向一定由M M指向指向N NB.B.粒子在粒子在M M点的速度一定比在点的速度一定比在N N点的大点的大C.C.粒子在粒子在M M点的电势能一定比在点的电势能一定比在N N点的大点的大D.D.电场中电场中M M点的电势一定高于点的电势一定高于N N点的电势点的电势【思路点拨【思路点拨】(1)(1)首先分析粒子所受电场力的方向
4、首先分析粒子所受电场力的方向. .(2)(2)电场力做功与电势能的关系是：电场力做负功电势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能增加，电场力做正功电势能减少. .(3)(3)电荷电势能大小由电荷正负以及电势高低两个因素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共同决定. . 【自主解答【自主解答】选选B.B.据题意知粒子受到竖直向上的电场据题意知粒子受到竖直向上的电场力力,A,A错错. .由由M M到到N N电场力做负功电场力做负功, ,即即W W电电0,0,粒子电势能增粒子电势能增加加,E,EpMpME EpNpN,C,C错错. .而据而据W
5、W电电= mv= mvN N2 2- mv- mvM M2 2知知, mv, mvN N2 2- - mv mvM M2 20,0,故粒子在故粒子在M M点的速度比在点的速度比在N N点的大点的大,B,B对对. .由由于不知粒子所带电荷的电性于不知粒子所带电荷的电性, ,不能确定电场方向不能确定电场方向, ,也就也就不能确定不能确定M M与与N N点哪点的电势高点哪点的电势高,D,D错错. .1.1.偏转电场加上偏转电压偏转电场加上偏转电压U U，质量为，质量为m m、带电量为、带电量为q q的粒的粒子以垂直于电场方向的初速度子以垂直于电场方向的初速度v v0 0进入板长为进入板长为l l，宽
6、度为，宽度为d d的偏转电场的偏转电场( (不计重力不计重力) )，如图所示，如图所示. .(1)(1)带电粒子从进入电场到离开电场的运动时间是多少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？加速度是多少？离开电场时的偏移量是多少？提示：提示：带电粒子从进入电场之后，在平行极板方向做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匀速直线运动，所以从进入电场到离开电场的运动时间间t= t= ；因只受电场力的作用，加速度；因只受电场力的作用，加速度a= a= 离开电场时的偏移量离开电场时的偏移量y= aty= at2
7、 2= = (2)(2)离开电场时的偏转角是多少？离开电场时的偏转角是多少？提示：提示：离开电场时的偏转角离开电场时的偏转角tantan= = 2.2.初速度为零的带电粒子经过加速电压为初速度为零的带电粒子经过加速电压为U U1 1的电场加的电场加速，经过偏转电压为速，经过偏转电压为U U2 2的偏转电场偏转，偏转角的正的偏转电场偏转，偏转角的正切值是多少？切值是多少？提示：提示：因为离开电场时的偏转角因为离开电场时的偏转角tantan= = 又因为又因为qUqU1 1= mv= mv0 02 2，所以，所以tantan= = 可见可见tantan与粒子本身无关，只与加速电场和偏转电场、有与粒
8、子本身无关，只与加速电场和偏转电场、有关关. .3.3.为什么说粒子射出电场时的速度方向的反向延长线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？必过极板的中心？提示：提示：如图所示，若设射出时速如图所示，若设射出时速度度v v的反向延长线与初速度的反向延长线与初速度v v0 0的的延长线交于延长线交于OO点，点，OO点到电场点到电场的右边缘距离为的右边缘距离为x.x.得得x= Lx= L，即粒子射出电场时的速度方向的反向延长，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线必过极板的中心. .4.4.只在示波管的只在示波管的XXXX加扫描电压加扫描电压U Ux x，荧光屏
9、上光点在，荧光屏上光点在屏上做匀速直线运动吗？屏上做匀速直线运动吗？提示：提示：只在示波管的只在示波管的XXXX加扫加扫描电压描电压U Ux x( (如图所示如图所示) )，电子的，电子的偏转角偏转角tantan= = ，偏，偏转距离转距离x=(L+ )tanx=(L+ )tan=(L+ ) =(L+ ) U Ux x，因为扫描，因为扫描电压电压U Ux x是时间的一次函数，所以偏转距离也是时间的是时间的一次函数，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一次函数，也就是说荧光屏上光点在屏上做匀速直线运动运动. .【典例【典例2 2】一束电子流在经】一束电子流在经U=
10、5000VU=5000V的加速电场加速后的加速电场加速后, ,在距两极板等在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场距处垂直进入平行板间的匀强电场, ,如图所示如图所示, ,若两板间距若两板间距d=1.0 cm,d=1.0 cm,板板长长l=5.0 cm,l=5.0 cm,那么那么, ,要使电子能从平行板间飞出要使电子能从平行板间飞出, ,两个极板两个极板上最多能加多大电压上最多能加多大电压? ?【思路点拨【思路点拨】(1)(1)加速后获得的末速度可应用动能定理加速后获得的末速度可应用动能定理计算计算. .(2)(2)在偏转电场中，受垂直于极板方向的电场力，可根在偏转电场中，受垂直于极板方向的
11、电场力，可根据运动公式求解据运动公式求解. .(3)(3)粒子经同一电场加速与偏转，偏转距离与粒子本身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因素无关，只由加速电场与偏转电场决定. . 【自主解答【自主解答】设极板间电压为设极板间电压为UU时时, ,电子能飞离平行板电子能飞离平行板间的偏转电场间的偏转电场. .加速过程加速过程, ,由动能定理得由动能定理得:eU:eU= mv= mv0 02 2进入偏转电场进入偏转电场, ,电子在平行于板面的方向上做匀速运动电子在平行于板面的方向上做匀速运动l=vl=v0 0t. t. 在垂直于板面的方向做匀加速直线运动
12、在垂直于板面的方向做匀加速直线运动, ,加速度加速度a= a= 偏转距离偏转距离:y= at:y= at2 2, , 能飞出的条件为能飞出的条件为:y :y 解解式得式得U V=400 V.U V=400 V.1.1.下列粒子从静止状态经过电压为下列粒子从静止状态经过电压为U U的电场加速后的电场加速后, ,速速度最大的是度最大的是( )( )A.A.质子质子( ) B.( ) B.氘核氘核( )( )C.C.粒子粒子( ) D.( ) D.钠离子钠离子(Na(Na+ +) )【解析【解析】选选A.A.由由 mvmv2 2=qU=qU, v= , v= 分清各种粒子的分清各种粒子的比荷比荷.
13、.2.2.在匀强电场中，有两个质量分别为在匀强电场中，有两个质量分别为m m和和M M、电荷量分、电荷量分别为别为q q和和Q Q的粒子，从静止开始沿电场方向通过相同的的粒子，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距离，则两者的动能之比为( )( )A.M/m B.m/M C.Q/q D.qA.M/m B.m/M C.Q/q D.q/Q/Q【解析【解析】选选D.D.电场力对电场力对m m做的功做的功W=EqsW=Eqs，对，对M M做的功做的功W=W= EQs EQs，则两者动能均由电场力做功转化而来，所以动，则两者动能均由电场力做功转化而来，所以动能之比为能之比为 =q/Q=
14、q/Q，故选项，故选项D D正确正确. .3.3.如图所示，电荷量和质量都相同的如图所示，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带正电的粒子以不同的初速度通过A A、B B两板间的加速电场后飞出，不计重两板间的加速电场后飞出，不计重力的作用，则力的作用，则( )( )A.A.它们通过加速电场所需要的时间相它们通过加速电场所需要的时间相等等B.B.它们通过加速电场过程中动能的增量相等它们通过加速电场过程中动能的增量相等C.C.它们通过加速电场过程中速度的增量相等它们通过加速电场过程中速度的增量相等D.D.它们通过加速电场的过程中电势能的减少量相等它们通过加速电场的过程中电势能的减少量
15、相等【解析【解析】选选B B、D.D.因为带电粒子的电荷量相等，由因为带电粒子的电荷量相等，由W=qUW=qU=E=Ek k-E-Ek0k0可知，可知，B B对对. .因为因为W=qUW=qU一定，而电场力做功一定，而电场力做功等于电势能的减少量，故等于电势能的减少量，故D D对对. .4.(20114.(2011嘉兴高二检测嘉兴高二检测) )如图是一如图是一个说明示波管工作的原理图个说明示波管工作的原理图, ,电子电子经加速电场经加速电场( (加速电压为加速电压为U U1 1) )加速后加速后垂直进入偏转电场垂直进入偏转电场, ,离开偏转电场时偏转量是离开偏转电场时偏转量是h,h,两平行两平
16、行板间的距离为板间的距离为d,d,电压为电压为U U2 2, ,板长为板长为L,L,每单位电压引起的每单位电压引起的偏移偏移h/Uh/U2 2, ,叫做示波管的灵敏度叫做示波管的灵敏度, ,为了提高灵敏度为了提高灵敏度, ,可采可采用下列哪些方法用下列哪些方法( )( )A.A.减小减小U U2 2 B.B.减小减小U U1 1C.C.减小减小d D.d D.减小减小L L【解析【解析】5.5.如图所示如图所示, ,初速度为零的电子在电势初速度为零的电子在电势差为差为U U1 1的电场中加速后的电场中加速后, ,垂直进入电势垂直进入电势差为差为U U2 2的偏转电场的偏转电场, ,在满足电子能
17、射出在满足电子能射出偏转电场的条件下偏转电场的条件下, ,下列四种情况中下列四种情况中, ,一一定能使电子的偏转角度变大的是定能使电子的偏转角度变大的是( )( )A.UA.U1 1变大变大,U,U2 2变大变大 B.UB.U1 1变小变小,U,U2 2变大变大C.UC.U1 1变大变大,U,U2 2变小变小 D.UD.U1 1变小变小,U,U2 2变小变小【解析【解析】选选B.B.带电粒子在加速电场中由动能定理知带电粒子在加速电场中由动能定理知qUqU1 1= mv= mv0 02 2 在偏转电场中做类平抛运动：在偏转电场中做类平抛运动：v vy y= = t= t= 由由式得式得tan =
18、 ( tan = ( 为电子的偏转角为电子的偏转角).).要要使偏转角变大使偏转角变大, ,可知只有可知只有B B正确正确. . 一、选择题一、选择题( (本题包括本题包括5 5个小题，每小题个小题，每小题4 4分，共分，共2020分分) )1.1.如图所示如图所示, ,在在P P板附近有一电子由静板附近有一电子由静止开始向止开始向Q Q板运动板运动, ,则关于电子到达则关于电子到达Q Q板时的速度板时的速度, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( )( )A.A.两板间距离越大两板间距离越大, ,加速的时间就越长加速的时间就越长, ,获得的速度就获得的速度就越大越大B.B.两板间距离越小两板
19、间距离越小, ,加速度就越大加速度就越大, ,获得的速度就越大获得的速度就越大C.C.与两板间距离无关与两板间距离无关, ,仅与加速电压有关仅与加速电压有关D.D.以上说法均不正确以上说法均不正确【解析【解析】选选C.C.电子由电子由P P至至Q Q的过程中的过程中, ,静电力做功静电力做功, ,根据根据动能定理动能定理qUqU= mv= mv2 2得得v= ,v= ,速度大小与速度大小与U U有关有关, ,与与距离无关距离无关. .故正确答案为故正确答案为C.C.2.(20112.(2011长沙高二检测长沙高二检测) )如图所示如图所示, ,让一束电子和一束氢核以相同的初让一束电子和一束氢核
20、以相同的初速度通过同一偏转电场速度通过同一偏转电场, ,则则( )( )A.A.电子和氢核在电场中的运动时间相同电子和氢核在电场中的运动时间相同B.B.电子和氢核出电场时的偏角不同电子和氢核出电场时的偏角不同C.C.电子和氢核出电场时动能相同电子和氢核出电场时动能相同D.D.电子和氢核出电场时速度相同电子和氢核出电场时速度相同【解析【解析】选选A A、B.B.由运动时间由运动时间t= t= 可知可知, ,电子和氢核在电子和氢核在电场中的运动时间相同电场中的运动时间相同,A,A对对. .偏角偏角的正切值的正切值tantan= = 电子和氢核的电量电子和氢核的电量q q相等相等, ,质量质量m m
21、不等不等, ,所以偏角所以偏角不同不同,B,B对对. .射出电场时的动能射出电场时的动能E Ek k= = m(v m(v2 20 0+v+v2 2y y),),由于由于v vy y=at= =at= 不同不同, ,所以出电场时所以出电场时的动能的动能E Ek k和速度均不同和速度均不同, ,故故C C、D D错错. .3.3.一质量为一质量为m m、电荷量为、电荷量为q q的微观粒子垂直场强方向从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中央射入两平行带电极板之间，当粒子的入射速度为v v0 0时，恰好能穿越平行板电场时，恰好能穿越平行板电场. .为使其入射速度减
22、半时为使其入射速度减半时仍恰能穿越电场，则必须使仍恰能穿越电场，则必须使( )( )A.A.粒子的电荷量减半粒子的电荷量减半 B.B.两板间电压减半两板间电压减半C.C.两板间距加倍两板间距加倍 D.D.两板间距减半两板间距减半【解析【解析】选选C.C.解决这类问题时，一定要推出各物理量解决这类问题时，一定要推出各物理量之间的函数关系式，设板长为之间的函数关系式，设板长为l l，间距为，间距为d d，当以，当以v v0 0恰恰好穿越电场时，好穿越电场时，l=vl=v0 0t, t, 即：即：d= .d= .从从d= d= 可以看出，选项可以看出，选项C C是正确的是正确的. .4.4.一平行板
23、电容器的两个极板水平放置，两极板间有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受空气阻力的大小与其速率成正比. .若两极板间电压为若两极板间电压为零，经一段时间后，小油滴以速率零，经一段时间后，小油滴以速率v v匀速下降；若两极匀速下降；若两极板间电压为板间电压为U U，经一段时间后，小油滴以速率，经一段时间后，小油滴以速率v v匀速上匀速上升升. .若两极板间电压为若两极板间电压为-U-U，小油滴做匀速运动时速度的，小油滴做匀速运动时速度的大小、方向将是大小、方向将是(
24、 )( )A.2vA.2v、向下、向下 B.2vB.2v、向上、向上C.3vC.3v、向下、向下 D.3vD.3v、向上、向上【解析【解析】选选C.C.因为空气阻力的大小与其速率成正比，因为空气阻力的大小与其速率成正比，可令可令F Ff f=kv=kv. .当电压为零时，物体匀速运动，受力平衡当电压为零时，物体匀速运动，受力平衡,mg=F,mg=Ff f=kv=kv. .当电压为当电压为U U时经一段时间物体向上做匀速直时经一段时间物体向上做匀速直线运动，阻力向下，由牛顿第二定律线运动，阻力向下，由牛顿第二定律qU/d-mg-kvqU/d-mg-kv=0.=0.当当电压为电压为-U-U时，电场
25、力方向向下，空气阻力向上，物体时，电场力方向向下，空气阻力向上，物体向下运动，故向下运动，故B B、D D错，由牛顿第二定律错，由牛顿第二定律qU/d+mg-qU/d+mg-kvkv=0.=0.解得解得v=3v,Av=3v,A错，错，C C正确正确. .5.(20115.(2011南安高二检测南安高二检测) )示波器可以用来观察电信号示波器可以用来观察电信号随时间变化的情况随时间变化的情况, ,其核心部件是示波管其核心部件是示波管. .若在荧光屏若在荧光屏上出现如图所示的正弦式交变电流波形上出现如图所示的正弦式交变电流波形, ,则在水平偏转则在水平偏转电极电极XXXX、竖直偏转电极、竖直偏转电
26、极YYYY所加的电压波形是所加的电压波形是( )( )A.XXA.XX加图加图(1)(1)波形电压波形电压,YY,YY加图加图(2)(2)波形电压波形电压B.XXB.XX加图加图(2)(2)波形电压波形电压,YY,YY加图加图(1)(1)波形电压波形电压C.XXC.XX加图加图(3)(3)波形电压波形电压,YY,YY加图加图(1)(1)波形电压波形电压D.XXD.XX加图加图(4)(4)波形电压波形电压,YY,YY加图加图(1)(1)波形电压波形电压【解析【解析】选选D.D.加在加在YYYY上的电压是信号电压上的电压是信号电压, ,加在加在XXXX上的电压是扫描电压上的电压是扫描电压, ,两者
27、周期相同时两者周期相同时, ,荧光屏上就会荧光屏上就会显示出信号电压随时间变化的波形图显示出信号电压随时间变化的波形图, ,故选故选D.D.二、非选择题二、非选择题( (本题共本题共2 2小题，共小题，共1010分分) )6.(56.(5分分) )如图所示，在点电荷如图所示，在点电荷+Q+Q的电的电场中有场中有A A、B B两点，将质子和两点，将质子和粒子粒子分别从分别从A A点由静止释放到达点由静止释放到达B B点时，它们的速度大小之点时，它们的速度大小之比为多少？比为多少？【解析【解析】质子和质子和粒子都是正离子，从粒子都是正离子，从A A点释放将受电点释放将受电场力作用加速运动到场力作用
28、加速运动到B B点，设点，设A A、B B两点间的电势差为两点间的电势差为U U，由动能定理有：，由动能定理有：对质子：对质子： m mH Hv vH H2 2=q=qH HU U对对粒子：粒子： m mv v2 2=q=qU U答案答案: :7.(57.(5分分) )一束质量为一束质量为m m、电荷量为、电荷量为q q的带电粒子以平行于两极板的速的带电粒子以平行于两极板的速度度v v0 0进入匀强电场，如图所示进入匀强电场，如图所示. .如如果两极板间电压为果两极板间电压为U U，两极板间的，两极板间的距离为距离为d d、板长为、板长为L,L,设粒子束不会击中极板，则粒子从设粒子束不会击中极
29、板，则粒子从进入电场到飞出极板时电势能的变化量为进入电场到飞出极板时电势能的变化量为_.(_.(粒粒子的重力忽略不计子的重力忽略不计) )【解析【解析】带电粒子在水平方向上做匀速直线运动，在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竖直方向上做匀加速运动，电场力做功导致电势能的改变改变. .水平方向匀速，则运动时间水平方向匀速，则运动时间t= t= 竖直方向加速，则侧位移竖直方向加速，则侧位移y= aty= at2 2答案答案: :1.(101.(10分分) )如图所示如图所示, ,在一块足够大的铅板在一块足够大的铅板A A的的右侧固定着一小块放射源右
30、侧固定着一小块放射源P,PP,P向各个方向放向各个方向放射出电子射出电子, ,速率为速率为 10107 7 m/s m/s. .在在A A板右方距板右方距A A为为2 cm2 cm处放置一个与处放置一个与A A平行的金属板平行的金属板B,B,在在B B、A A之间加上直流电压之间加上直流电压. .板间的匀强电场场强板间的匀强电场场强E=E=3.643.6410104 4 N/C,N/C,方向水平向左方向水平向左. .已知电子质量已知电子质量m=9.1m=9.1 1010-31-31 kg kg、电荷量、电荷量e=1.6e=1.61010-19 -19 C,C,求电子打在求电子打在B B板上的板
31、上的范围范围. .【解析【解析】电子离开放射源后做匀变速运动电子离开放射源后做匀变速运动. .初速度垂直板的电子直接沿电场线运动到初速度垂直板的电子直接沿电场线运动到B B板的板的O O点点. .其他电子打在以其他电子打在以O O点为中心的周点为中心的周围某一位置围某一位置. .设初速度与板平行的电子打在设初速度与板平行的电子打在B B板上的板上的N N点点, ,且距且距O O点最远点最远. .电子竖直方向上电子竖直方向上的分运动的分运动 =v=v0 0t t 水平方向上的分运动水平方向上的分运动d= td= t2 2 将将v v0 0=10=107 7 m/s,e m/s,e=1.6=1.6
32、1010-19-19 C,m C,m=9.1=9.11010-31-31 kg,E kg,E= = 3.643.6410104 4 N/C,dN/C,d=2=21010-2-2 m m代入代入求得求得 =2.5=2.51010-2-2 m=2.5 cm. m=2.5 cm.即电子打在即电子打在B B板上的范围是以板上的范围是以O O为圆心为圆心, ,以以2.5 cm2.5 cm为半径为半径的圆面的圆面. .答案答案: :以以O O为圆心为圆心, ,以以2.5 cm2.5 cm为半径的圆面为半径的圆面. .2.(102.(10分分) )如图所示，离子发生器发射出一束质量为如图所示，离子发生器发射
33、出一束质量为m m、电荷量为电荷量为q q的离子，从静止经加速电压的离子，从静止经加速电压U U1 1加速后，获得加速后，获得速度速度v v0 0，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压受偏转电压U U2 2作用后，以速度作用后，以速度v v离开电场离开电场. .已知平行板已知平行板长为长为l l，两板间距离为，两板间距离为d d，求：，求：(1)v(1)v0 0的大小；的大小；(2)(2)离子在离开偏转电场时的竖直速度离子在离开偏转电场时的竖直速度v vy y；(3)(3)离子在离开偏转电场时的速度离子在离开偏转电场时的速度v v的大小；的大小；(4)(4)离子在离开偏转电场时的偏移量离子在离开偏转电场时的偏移量y.y.【解析【解析】 答案答案: :
