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 沪科选修31.ppt

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：qU= mvqU= 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 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 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tan= tan= 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tan= tan= 又因为又因为qUqU1 1= mv= mv0 02 2，所以，所以tan= tan= 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tan= tan= ，偏，偏转距离转距离x=(L+ )tan=(L+ ) Ux=(L+ )tan=(L+ ) 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=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= mv:eU= 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 mv mv2 2=qU, v= =qU, v= 分清各种粒子的分清各种粒子的比荷比荷. .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.q/QA.M/m B.m/M C.Q/q D.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 =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=qU=EW=qU=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.U B.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.U D.U1 1变小变小,U,U2 2变小变小【解析】【解析】选。