C031带电粒子在电场中的运动.ppt

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1、带 电 粒 子在电场中的运动,季 军南阳中学2007年7月,一、带电粒子在匀强电场中的加速二、带电粒子在匀强电场中的偏转对偏移公式的讨论三、示波管的原理07年广东普宁市华侨中学三模卷6广东茂名市2007年第一次模考102007年物理海南卷607年天津五区县重点校联考82007高考理综北京卷22 2007年上海卷2207届12月江苏省丹阳中学试卷172007年广东卷6 07年4月苏州中学调研试卷52007年重庆卷24 07年江苏省扬州市一模17,带电粒子在电场中的运动,一、带电粒子在匀强电场中的加速,一般情况下带电粒子所受的电场力远大于重力,所以可以认为只有电场力做功。由动能定理W=qU=Ek，

2、,此式与电场是否匀强无关，与带电粒子的运动性质、轨迹形状也无关。,若初速度v0=0 则,二、带电粒子在匀强电场中的偏转,侧移：,不要死记公式，要清楚物理过程。根据不同的已知条件，改用不同的表达形式（已知初速度、初动能、初动量或加速电压等）。,偏角：,注意到,说明穿出时刻的末速度的反向延长线与初速度延长线交点恰好在水平位移的中点。这一点和平抛运动的结论相同。,穿越电场过程的动能增量：Ek=Eqy（注意，一般来说不等于qU）,对偏移公式的讨论,（4）,对于不同的带电粒子若以相同的速度射入，则yq/m,若以相同的动能射入，则yq,若以相同的动量射入，则yqm,若经相同电压U0加速后射入，则,y与 q

3、、m无关,随加速电压的增大而减小，随偏转电压的增大而增大。,三、示波管的原理,利用两组正交的偏转极板，可以控制电子打在荧光屏上的位置。示意图如右：两组偏转电极分别控制电子在水平、竖直方向的偏转。一般在水平偏转电极上加扫描电压（从左向右周期性扫描），在竖直偏转电极上加需要研究的信号。,四、带电物体在电场力和重力共同作用下的运动。,当带电体的重力和电场力大小可以相比时，不能再将重力忽略不计。这时研究对象经常被称为“带电微粒”、“带电尘埃”、“带电小球”等等。,07年广东普宁市华侨中学三模卷6,6分别为一价和两价的静止铜离子，经过同一电场加速后,再垂直经过同一偏转电场,然后落到一屏上。如图,离子重力

4、不计,以下判断正确的是（）A离子经过加速电场时，二价铜离子受到的电场 力的冲量大B在偏转电场中,电场力对两种离子做的功一样多C两种铜离子打在屏上时的速度一样大 D两种铜离子打在屏上的同一点,A D,广东茂名市2007年第一次模考10,10如图所示，质量相同的两个带电粒子P、Q以相同速度沿垂直于电场方向射入两平行板间的匀强电场中，P从两板正中央射入，Q从下极板边缘入射入，它们最后打在同一点(重力不计)，则从开始射入到打到上板的过程中（）A、它们的运动时间tQtP B、它们所带电量之比qP：qQ=1:2 C、它们的动能增量之比 D、它们的电势能减少量之比,B D,2007年物理海南卷6,6.一平行

5、板电容器中存在匀强电场，电场沿竖直方向。两个比荷（即粒子的电荷量与质量之比）不同的带正电的粒子a和b，从电容器的P点（如图）以相同的水平速度射入两平行板之间。测得a和b与电容器极板的撞击点到入射点之间的水平距离之比为1:2。若不计重力，则a和b的比荷之比是（）.1:2 B.1:8C.2:1D.4:1,解:,D,07年天津五区县重点校联考 8,8一个一价和二价的静止铜离子，经过同一电压加速后，再垂直射入同一匀强偏转电场，然后打在同一屏上，屏与偏转电场方向平行，下列说法正确的是（）A二价铜离子打在屏上时的速度小B离开偏转电场后,二价铜离子飞到屏上用的时间长C离子经加速电场加速过程中，二价铜离子受电

6、场力的冲量大D在离开偏转电场时，两种离子在电场方向上的位移不相等,C,解见下页,解：,可见离开偏转电场时，两种离子的偏移相等，D错.,离开偏转电场后,在初速度方向仍以v0做匀速运动，可见二价铜离子飞到屏上用的时间短，B错.,铜离子离开偏转电场时为vt，离开偏转电场后做匀速直线运动，打在屏上时的速度仍为vt，,可见二价铜离子打在屏上时的速度大，A错.,加速过程中，,可见二价铜离子受电场力的冲量大，C对.,2007高考理综北京卷22,22（16分）两个半径均为R的圆形平板电极，平行正对放置，相距为d，极板间电压为U，板间电场可以认为是均匀的。一个粒子从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板

7、之间，到达负极板时恰好落在极板中心。已知质子电荷为e，质子和中子的质量均视为m，忽略重力和空气阻力的影响。求：极板间的电场强度E；粒子在极板间运动的加速度a；粒子的初速度v0,解：,按题意画出示意图如图示：,（1）极间场强,（2）粒子在极板间运动的加速度,（3）由,得：,2007年上海卷22,22（13分）如图所示，边长为L的正方形区域abcd内存在着匀强电场。电量为q、动能为Ek的带电粒子从a点沿ab方向进入电场，不计重力。（1）若粒子从c点离开电场，求电场强度的大小和粒子离开电场时的动能；（2）若粒子离开电场时动能为Ek，则电场强度为多大？,解:（1）,Lv0t，,所以,所以,（2）若粒子

8、由bc边离开电场，Lv0t，,所以,若粒子由cd边离开电场，,所以,07届12月江苏省丹阳中学试卷17,17(15分)如图所示，竖直平行直线为匀强电场的电场线，电场方向未知，A，B是电场中的两点，AB两点的连线长为l且与电场线所夹的锐角为一个质量为m，电荷量为q的带电粒子以初速度v0。从A点垂直进入电场，该带电粒子恰好能经过B点不考虑带电粒子的重力大小(1)根据你学过的物理学规律和题中所给的信息，对反映电场本身性质的物理量(例如电场方向)，你能作出哪些定性判断或求得哪些定量结果?,(2)若仅知道带电小球的电荷量q、初动能k0以及AB两点的连线与电场线所夹的锐角三个量，对反映电场本身性质的物理量

9、，你能求得哪些定量结果?,解：,（1）因粒子带负电且向下偏转，故电场力方向向下，所以电场方向竖直向上。,水平方向匀速运动，有：l sin=v0t,竖直方向做初速度为零的匀加速运动，有,解得加速度：,由qE=ma，得电场强度大小,B点的电势高于A点的电势,有A、B两点间的电势差为：,（2）设初速度大小为v0，小球过B点竖直分速度为vy，瞬时速度为vB，水平和竖直位移分别为x和y，则有：,y=vyt/2 x=v0t 而 y/x=cot,由动能定理得：,所以A、B间的电势差,题目,2007年广东卷6,6平行板间加如图4（a）所示周期变化的电压，重力不计的带电粒子静止在平行板中央，从t=0时刻开始将其

10、释放，运动过程无碰板情况。图4（b）中，能定性描述粒子运动的速度图象正确的是(),A,07年4月苏州中学调研试卷5,5一匀强电场的电场强度E随时间t 变化的图像如图所示，在该匀强电场中，有一个带电粒子于t0时刻由静止释放，若带电粒子只受电场力作用，则下列说法中正确的是（）A带电粒子只向一个方向运动 B0s2s内，电场力的功等于0C4s末带电粒子回到原出发点 D2.5s4s，电场力冲量等于0,D,解见下页,解：,画出带电粒子速度v随时间t 变化的图像如图所示，,v-t 图下的面积表示位移,可见带电粒子不是只向一个方向运动,4s末带电粒子不能回到原出发点，A、C错.,2s末速度不为0,可见0s2s

11、内电场力的功不等于0,B错.,2.5s和4s末，速度的大小方向都相同，电场力冲量等于动量的变化(等于0)，D对。,2007年重庆卷24,24.(9分)飞行时间质谱仪可通过测量离子飞行时间得到离子的荷质比q/m.如题24图1,带正电的离子经电压为U的电场加速后进入长度为L的真空管AB,可测得离子飞越AB所用时间t1.改进以上方法，如题24图2,让离子飞越AB后进入场强为E（方向如图）的匀强电场区域BC,在电场的作用下离子返回B端，此时，测得离子从A出发后飞行的总时间t2,（不计离子重力）（1）忽略离子源中离子的初速度，用t1计算荷质比;用t2计算荷质比.,2页,题目,3页,末页,设离子带电量为q

12、,质量为m,经电场加速后的速度为v,则,（2）离子源中相同荷质比离子的初速度不尽相同，设两个荷质比都为q/m的离子在A端的速度分别为v和v（vv）,在改进后的方法中，它们飞行的总时间通常不同，存在时间差t.可通过调节电场E使t=0.求此时E的大小.,解:(1),(1),离子飞越真空管AB做匀速直线运动，则,L=vt1(2),由(1)、（2）两式得离子荷质比,(3),2页,题目,3页,末页,离子在匀强电场区域BC中做往返运动,设加速度为a,则,qE=ma(4),(5),由(1)、(4)、（5）式得离子荷质比,2页,题目,3页,末页,两离子初速度分别为v、v,则,(7),(8),(9),要使t0,

13、则须,(10),所以,(11),2页,题目,3页,末页,07年江苏省扬州市一模17,17(16分)如图(a)所示，平行金属板A和B的距离为d，它们的右端安放着垂直金属板的靶 MN。现在A、B板上加上如图(b)所示的方波形电压，t=0时A板比B板的电势高，电压的正向值为U0，反向值也为U0，现有由质量为m的带正电且电荷量为q的粒子组成的粒子束，从AB的中点O以平行于金属板方向OO的某一初速射入。设粒子能全部打在靶 MN上，而且所有粒子在AB间的飞行时间均为t，不计重力影响，试问：,第3页,(1)在距靶MN的中心O点多远的范围内有粒子击中?(2)要使粒子能全部打在靶MN上，电压U0的数值应满足什么条件?(写出U0，m、d、q，T 的关系式即可)。(3)电场力对每个击中靶MN的带电粒子所做的总功是否相等?若相等，请证明并求出此功的数值；若不相等，求出此功的数值范围。,第4页,解：,(1)当粒子由t=nT时刻进入电场,向下侧向位移最大,当粒子由t=nT+2T/3时刻进入电场，向上侧向位移最大,题目,（2）要使粒子能全部打在靶MN上，电压U0的数值应满足的条件：,(3)电场力对所有粒子做的功都相同。,证明：在一个周期内，任一带电粒子受到的电场力冲量恒为,因为vy恒定，故电场力做功相等。,功为,题目,第2页,