帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高一 來(lái)源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

學(xué)習(xí)內(nèi)容1.9 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)
學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解示波管的工作原理,體會(huì)靜電場(chǎng)知識(shí)對(duì)科學(xué)技術(shù)的影響。
2.會(huì)處理較簡(jiǎn)單的帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)與偏轉(zhuǎn)問(wèn)題,培養(yǎng)自己獨(dú)立分析、解決問(wèn)題的能力。
學(xué)習(xí)重、難點(diǎn)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)與偏轉(zhuǎn)問(wèn)題
學(xué)法指導(dǎo)自主、合作、探究
知識(shí)鏈接1.帶電粒子在電場(chǎng)中的加速問(wèn)題處理方法
2.帶電粒子垂直電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及處理方法。
學(xué)習(xí)過(guò)程用案人自我創(chuàng)新
【自主學(xué)習(xí)】
一、示波管的原理
1、構(gòu)造
示波管是示波器的核心部,外部是一個(gè)抽成真空的玻璃殼,內(nèi)部主要由 (發(fā)射電子的燈絲、加速電極組成)、 (由一對(duì)X偏轉(zhuǎn)電極板和一對(duì)Y偏轉(zhuǎn)電極板組成)和 組成。
2、原理
(1) 掃描電壓:XX 偏轉(zhuǎn)電極接入的是由儀器自身產(chǎn)生的鋸齒型電壓。
(2) 燈絲被電加熱后,出現(xiàn)電子發(fā)射,發(fā)射出的電子經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)加速后,以很大的速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),如Y偏轉(zhuǎn)極板上加一個(gè) 電壓,在X偏轉(zhuǎn)極板上加一 電壓,在熒光屏上就會(huì)出現(xiàn)按Y偏轉(zhuǎn)電壓規(guī)律變化的可視圖像。
二、帶電粒子能否飛出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的條及求解方法
帶電粒子能否飛出電場(chǎng),關(guān)健看帶電粒子在電場(chǎng)中的側(cè)移量y,如質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子沿中線以v0垂直射入板長(zhǎng)為l、板間距離為d的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,要使粒子飛出電場(chǎng),則應(yīng)滿足:t= 時(shí),y< ;若當(dāng)t= 時(shí),y> ,則粒子打在板上,不能飛出電場(chǎng)。
三、帶電粒子在電場(chǎng)和重力場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)分析方法。
帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),是一個(gè)綜合電場(chǎng)力、電勢(shì)能的力學(xué)問(wèn)題。研究的方法與質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)相同,它同樣遵循:運(yùn)動(dòng)的合成與分解、力的獨(dú)立作用原理、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理、功能原理等力學(xué)規(guī)律。研究時(shí)主要有以下兩種方法:
1.力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系分析法。根據(jù)帶電粒子受到電場(chǎng)力,用牛頓第二定律找出加速度,結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式確定帶電粒子的速度、位移等。這種方法適用于恒力作用下的勻變速運(yùn)動(dòng)的情況。分析時(shí)具體有以下兩種方法:
⑴正交分解法或化曲為直法
⑵“等效重力”法。
3.功能關(guān)系分析法(使用動(dòng)能定理、能量守恒定律解題)
【例題與習(xí)題】
1.一束電子流在經(jīng)u=5000 V的加速電壓加速后在距兩極板等距離處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng),如圖所示.若兩板間距d=1.0 cm,板長(zhǎng)f=5.0 cm,那么要使電子能從平行板飛出,兩個(gè)極板上最大能加多大電壓?

(1)要使電子束不打在偏轉(zhuǎn)電極的極板上,加在豎直偏轉(zhuǎn)電極上的最大偏轉(zhuǎn)電壓U不能超過(guò)多大?
(2)若在偏轉(zhuǎn)電極上加U=40sin100πtV的交變電壓,在熒光屏的豎直坐標(biāo)軸上能觀測(cè)到多長(zhǎng)的線段?

3.(2008全國(guó))一平行板電容器的兩個(gè)極板水平放置,兩極板間有一帶電荷量不變的小油滴,油滴在極板間運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力的大小與其速率成正比。若兩極板間的電壓為零,經(jīng)一段時(shí)間后,油滴以速率v勻速下降;若兩極板間的電壓為U時(shí),經(jīng)一段時(shí)間后,油滴以速率v勻速上升;若兩極板間電壓為-U,油滴做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)速度的大小、方向是( )
A.2v向下 B.2v向上
C.3v向下 D.3v向上

達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.如圖所示是一個(gè)說(shuō)明示波管工作原理的示意圖,電子經(jīng)電壓U1加速后垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)量是h,兩平行板間的距離為d,電勢(shì)差為U2,板長(zhǎng)為L(zhǎng)為了提高示波管的靈敏度(每單位電壓引起的偏轉(zhuǎn)量h/U2),可采用的方法是 ( )
A.增大兩板間的電勢(shì)差以
B.盡可能使板長(zhǎng)£短些
C.盡可能使板間距離d小一些
D.使加速電壓以升高一些

2 如圖所示,用細(xì)線拴著一帶負(fù)電的小球在方向豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),且電場(chǎng)力大于重力,則下列說(shuō)法正確的是 ( )
A.當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)A時(shí),細(xì)線張力一定最大
B.當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)B時(shí),細(xì)線張力一定最大
C.當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)B時(shí),小球的線速度一定最大
D.當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)B時(shí),小球的電勢(shì)能一定最大
3. 如圖所示,A、B是一對(duì)平行的金屬板,在兩板間加上一周期為T(mén)的交變電壓u,A板的電勢(shì)φA=0,B板的電勢(shì)φB隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示。現(xiàn)有一電子從A板上的小孔進(jìn)入兩板間的電場(chǎng)區(qū)內(nèi),設(shè)電子的初速度和重力的影響可忽略.則 ( )
A.若電子是在t=O時(shí)刻進(jìn)入的,它將一直向B板運(yùn)動(dòng)
B.若電子是在t=1/8T時(shí)刻進(jìn)入的,它可能時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng),時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng),最后打在B板上
c.若電子是在3/8T時(shí)刻進(jìn)入的,它可能時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng),時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng),最后打在B板上
D.若電子是在t=1/2時(shí)刻進(jìn)入的,它可能時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng),時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng)

4.如圖所示,平行板電容器兩極板間有場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng),且?guī)д姷臉O板接地,一質(zhì)量為m、電荷量為+q的帶電粒子(不計(jì)重力)從x軸上坐標(biāo)為x。處由靜止釋放.
(1)求該粒子在x0處的電勢(shì)能EP.
(2)試從牛頓第二定律出發(fā),證明該帶電粒子在極板問(wèn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,其動(dòng)能與電勢(shì)能之和保持不變.



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