(通用版)2020版高考物理大一轮复习7.4专题5带电粒子在电场中的综合问题课件新人教版.pptx
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1、专题5 带电粒子在电场中的 综合问题,-2-,基础夯实,自我诊断,一、示波管 1.示波管装置 示波管由电子枪 、偏转电极 和荧光屏 组成,管内抽成真空。如图所示。,-3-,基础夯实,自我诊断,2.工作原理 (1)如果在偏转电极XX和YY之间都没有加电压,则电子枪射出的电子束沿直线运动,打在荧光屏中心 ,在那里产生一个亮斑。 (2)YY上加的是待显示的信号电压 。XX上是机器自身产生的锯齿形电压,叫作扫描电压。若所加扫描电压和信号电压的周期相同,就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图像。,-4-,基础夯实,自我诊断,二、带电粒子在电场中综合问题的分析方法 1.分析方法和力学的
2、分析方法基本相同:先分析受力情况,再分析运动状态和运动过程(平衡、加速或减速,轨迹是直线还是曲线);然后选用恰当的力学规律如牛顿运动定律、运动学公式、动能定理、能量守恒定律解题。 2.带电粒子的受力特点:在讨论带电粒子或其他带电体的静止与运动问题时,重力是否要考虑,关键看重力与其他力相比较是否能忽略。一般来说,除明显暗示外,带电小球、液滴的重力不能忽略,电子、质子等带电粒子的重力可以忽略,一般可根据微粒的运动状态判断是否考虑重力作用。,-5-,基础夯实,自我诊断,3.经一定电压(U1)加速后的带电粒子,垂直于电场强度方向射入确定的平行板偏转电场中,粒子偏离入射方向的偏距y= ,它只跟加在偏转电
3、极上的电压U2有关。当偏转电压的大小、极性发生变化时,粒子的偏距也随之变化,如果偏转电压的变化周期远大于粒子穿越电场的时间,则在粒子穿越电场的过程中,仍可当作匀强电场处理。因此,当偏转电压为正弦波或锯齿波时,连续射入的带电粒子将以入射方向为中心上下偏移,随时间而展开的波形与偏转电压波形相似。,-6-,基础夯实,自我诊断,三、用正交分解法处理带电粒子的复杂运动 这里所说的复杂运动,区别于类似平抛运动的带电粒子的偏转,它的轨迹常是更复杂的曲线,但处理这种运动的基本思想与处理偏转运动是类似的。也就是说,可以将此复杂的运动分解为两个互相正交的比较简单的直线运动,而这两个直线运动的规律我们是可以掌握的,
4、然后再按运动合成的观点求出复杂运动的有关物理量。 四、用能量观点处理带电体在电场中的运动 对于受变力作用的带电体的运动,必须借助于能量观点来处理。即使都是恒力作用的问题,用能量观点处理常常显得简洁。具体方法常有两种:,-7-,基础夯实,自我诊断,1.用动能定理处理 思维顺序一般为: (1)弄清研究对象,明确所研究的物理过程。 (2)分析物体在所研究过程中的受力情况,弄清哪些力做功,做正功还是负功。 (3)弄清所研究过程的始、末状态(主要指动能)。 (4)根据W=Ek列出方程求解。 2.用能量守恒定律处理 列式的方法常有两种: (1)利用初、末状态的能量相等(即E1=E2)列方程。 (2)利用某
5、些能量的减少等于另一些能量的增加(即E=E)列方程。,-8-,基础夯实,自我诊断,请判断下列表述是否正确。 (1)若带电粒子只在电场力作用下运动,其动能和电势能之和保持不变。 ( ) (2)若带电粒子只在重力和电场力作用下运动,其机械能和电势能之和保持不变。 ( ) (3)示波器显示的是带电粒子运动的轨迹。 ( ),-9-,基础夯实,自我诊断,1.(多选)如图所示,示波管是示波器的核心部件,它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。如果在荧光屏上P点出现亮斑,那么示波管中的( )A.极板X应带正电 B.极板X应带正电 C.极板Y应带正电 D.极板Y应带正电,答案,解析,-10-,基础夯实,自我诊断,2
6、.(多选)下图为匀强电场的电场强度E随时间t变化的图像。当t=0时,在此匀强电场中由静止释放一个带电粒子,设带电粒子只受电场力的作用,则下列说法正确的是( )A.带电粒子将始终向同一个方向运动 B.2 s末带电粒子回到原出发点 C.3 s末带电粒子的速度为零 D.03 s内,电场力做的总功为零,答案,解析,-11-,基础夯实,自我诊断,3.(2018浙江五校联考)如图甲所示,Q1、Q2为两个被固定的点电荷,a、b、c三点在它们连线的延长线上,其中Q1带负电。现有一带负电的粒子以一定的初速度沿直线从a点开始向远处运动并经过b、c两点(粒子只受电场力作用),粒子经过a、b、c三点时的速度分别为va
7、、vb、vc,其v-t图像如图乙所示。以下说法正确的是( )A.Q2一定带负电 B.Q2的电荷量一定大于Q1的电荷量 C.b点的电场强度最大 D.粒子由a点运动到c点过程中,粒子的电势能先增大后减小,答案,解析,-12-,基础夯实,自我诊断,4.(多选)在空间某一匀强电场中,将一质量为m、电荷量为q的小球由静止释放,带电小球的运动轨迹为一直线,该直线与竖直方向成锐角,电场强度大小为E。则下列说法正确的是( ) A.由于小球所受的电场力和重力做功均与路径无关,故小球的机械能守恒,答案,解析,-13-,考点一,考点二,考点三,带电粒子在交变电场中的运动(师生共研) 1.此类题型一般有三种情况:一是
8、粒子做单向直线运动(一般用牛顿运动定律求解);二是粒子做往返运动(一般分段研究);三是粒子做偏转运动(一般根据交变电场的特点分段研究)。 2.分析时从两条思路出发:一是力和运动的关系,根据牛顿第二定律及运动学规律分析;二是功能关系。 3.注重全面分析(分析受力特点和运动特点),抓住粒子的运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征,求解粒子运动过程中的速度、位移、做功或确定与物理过程相关的边界条件。,-14-,考点一,考点二,考点三,例1如图甲所示,真空中相距d=5 cm的两块平行金属板A、B与电源连接(图中未画出),其中B板接地(电势为零),A板电势变化的规律如图乙所示。将一个质量m=2.010
9、-27 kg、电荷量q=+1.610-19 C的带电粒子从紧邻B板处释放,不计粒子重力。求:,-15-,考点一,考点二,考点三,(1)在t=0时刻释放该带电粒子,释放瞬间粒子加速度的大小。 (2)若A板电势变化周期T=1.010-5 s,在t=0时将带电粒子从紧邻B板处无初速释放,粒子到达A板时速度的大小。 (3)A板电势变化频率多大时,在 时间内从紧邻B板处无初速度释放该带电粒子,粒子不能到达A板。,-16-,考点一,考点二,考点三,因题目要求粒子不能到达A板,故必有xmaxd,答案: (1)4.0109 m/s2 (2)2104 m/s (3)大于5 104 Hz,-17-,考点一,考点二
10、,考点三,思维点拨(1)释放后粒子的受力情况如何?做什么运动? (2)粒子不能到达A板的临界条件如何? 提示:(1)根据题意,不计粒子重力,则粒子只受电场力而做匀加速直线运动,通过进一步计算可知在0 内粒子发生的位移恰好等于板间距离,到达A板的时间随之确定。 (2)解第(3)小题的关键,在于明确运动“对称性”,弄清“粒子不能到达A板”的条件,即在 内粒子的最大位移小于板间距离。,-18-,考点一,考点二,考点三,例2如图甲所示,离子源产生的正离子由离子源飞出时的速度可忽略不计,离子离开离子源后进入一加速电压为U0的加速电场,偏转电场极板间的距离为d,极板长为l=2d,偏转电场的下极板接地,偏转
11、电场极板右端到竖直放置的足够大的荧光屏之间的距离也为l。现在偏转电场的两极板间接一周期为T的交流电压,上极板的电势随时间变化的图像如图乙所示。(设正离子的电荷量为q、质量为m,大量离子从偏转电场中央持续射入,穿过平行板的时间都极短),-19-,考点一,考点二,考点三,(1)试计算离子刚进入偏转电场时的速度v0的大小。 (2)在电势变化的过程中发现荧光屏有“黑屏”现象,即无正离子到达荧光屏,试计算每个周期内荧光屏黑屏的时间t。 (3)离子打到荧光屏上的区间的长度x。,解析: (1)由题意可知,离子刚进入偏转电场时的速度大小恰为离子射出加速电场时的速度大小,由动能定理可得qU0=,(2)由题意可知
12、,只要正离子能射出偏转电场,即可打到荧光屏上,因此当离子打在偏转电场的极板上时,出现“黑屏”现象。设离子刚好能射出偏转电场时的偏转电压为U,则有,-20-,考点一,考点二,考点三,由题图乙可知,偏转电压U在0.5U0U0之间变化时,进入偏转电场的离子无法射出偏转电场打在荧光屏上,因此每个周期内出现“黑屏”的时间为t= 。,(3)设离子射出偏转电场时的侧移量为y,打在荧光屏上的位置到O点的距离为Y,如图所示,由几何关系可得 所以离子打到荧光屏上的区间的长度,-21-,考点一,考点二,考点三,规律总结带电粒子在交变电场中的运动,通常只讨论电场强度的大小不变、方向做周期性变化且不计粒子重力的情形。常
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