第二节 带电粒子在电场中的运动 新 课 程 标 准 学 业 质 量 目 标 1.能分析带电粒子在电场中的运动情况。2.能解释相关的物理现象。 合格性考试 1.会从力和能量角度分析、计算带电粒子在电场中的加速问题。2.能够用类平抛运动分析方法研究带电粒子在电场中的偏转问题。 选择性考试 能综合运用力学和电学的知识分析、解决带电粒子在电场中的两种典型运动模型。 必备知识·自主学习 一、带电粒子在电场中的加速 (1)一个质量为m、带正电荷q的粒子(如图甲所示),在静电力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动。试分析带电粒子在电场中的运动性质。 (2)为模拟空气净化过程,有人设计了如图乙所示的含灰尘空气的密闭玻璃圆桶,在圆桶顶面和底面间加上电压U,沿圆桶的轴线方向形成一个匀强电场,灰尘的运动方向如图所示,已知空气阻力与灰尘运动的速度大小成正比,即Ff=kv(k为一定值),试分析灰尘的运动情况和空气净化过程的原理。 提示:(1)初速度为零的匀加速直线运动。 (2)灰尘可能一直在外力的作用下做加速运动,在电场的加速作用下,灰尘均沉积在玻璃圆桶上。 1.基本粒子的受力特点:对于质量很小的基本粒子,如电子、质子等,虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用,但万有引力(重力)一般远远小于静电力,可以忽略不计。 2.带电粒子加速问题的处理方法: (1)利用动能定理分析:初速度为零的带电粒子,经过电势差为U的电场加速后,qU=mv2,则v=。 (2)在匀强电场中也可利用牛顿定律结合运动学公式分析。 二、加速器 1.原理:为了使带电粒子获得较高的能量,最直接的做法是让带电粒子在电场力的作用下不断加速。 2.方法:早期制成的加速器是利用高电压的电场来加速带电粒子的,为了进一步提高带电粒子的能量,科学家制成了直线加速器。 3.加速器的应用:广泛应用于工农业、医疗、科研等各个领域。 三、带电粒子在电场中的偏转 1.受力特点:带电粒子进入电场后,忽略重力,粒子只受电场力,方向平行电场方向向下。运动情况类似于平抛运动。 2.运动性质: (1)沿初速度方向:速度为v0的匀速直线运动, 穿越两极板的时间t=。 (2)垂直v0的方向:初速度为零的匀加速直线运动,加速度a=。 3.运动规律: (1)偏移距离:因为t=,a=,所以偏移距离y=at2=。 (2)偏转角度:因为vy=at=,所以tan θ==。 4.结论:由=,可知x=。粒子射出电场时速度方向的反向延长线过水平位移的中点,即粒子就像是从极板间处射出的一样。 四、示波器 带电粒子在电场中受静电力作用,我们可以利用电场来控制粒子,使它加速或偏转。如图所示是示波器的核心部件———示波管。请思考:示波管中电子的运动可分为几个阶段?各阶段的运动遵循什么规律? 提示:示波管中电子的运动一般可分为三个阶段;第一阶段为加速,遵循动能定理;第二阶段为偏转,遵循类平抛运动规律;第三个阶段为从偏转电极出来后,做匀速直线运动到达屏幕。 1.构造:示波管是示波器的核心部件,外部是一个抽成真空的玻璃壳,内部主要由电子枪(发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和荧光屏组成,如图所示。 2.原理: (1)扫描电压:XX′偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压。 (2)灯丝被电源加热后,出现热电子发射,发射出来的电子经加速电场加速后,以很大的速度进入偏转电场,如果在Y偏转极板上加一信号电压,在X偏转极板上加一扫描电压,在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变化的可视图像。 (1)质量很小的粒子不受重力的作用。 (×) (2)带电粒子在电场中只受静电力作用时,静电力一定做正功。 (×) (3)动能定理能分析匀强电场中的直线运动问题,也能分析非匀强电场中的直线运动问题。 (√) (4)带电粒子在匀强电场中偏转时,加速度不变,粒子的运动是匀变速曲线运动。(√) (5)带电粒子在匀强电场中偏转时,可用平 ... ...
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