第2章 第二节 带电粒子在电场中的运动（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理必修第三册（粤教版2019）

带电粒子在电场中的运动 第 二 节 核心素养导学 物理观念 (1)知道带电粒子在电场中的运动规律。 (2)知道示波管的构造和基本原理。 科学思维 (1)能运用电场强度、静电力等概念及力学规律,分析带电粒子在电场中运动时的加速度、速度和位移等物理量的变化。 (2)知道带电粒子在电场中的运动规律,能综合运用力学和电学知识分析解决静电问题。 科学态度与责任 (1)通过对带电粒子在电场中运动的研究,学会突出主要因素、忽略次要因素的理想化、模型化的科学研究方法。 (2)通过了解直线加速器及示波管的原理,体会物理知识在实际生活、生产及科研中的应用,强化学习和研究物理的内在动机。 续表 1 四层学习内容1落实必备知识 2 四层学习内容2强化关键能力 3 四层学习内容3·4浸润学科素养和核心价值 CONTENTS 目录 4 课时跟踪检测 四层学习内容1落实必备知识 一、带电粒子在电场中的加速　加速器 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)一般远小于电场力,可以忽略。 2.带电粒子加速问题的处理方法: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=______, 则v=_______。 3.加速器:利用________的电场来加速带电粒子,由于实际电压有限,科学家制成了____________,让带电粒子通过多级电场加速。 mv2 高电压 直线加速器 二、带电粒子在电场中的偏转　示波器 1.运动特点 (1)垂直电场方向:不受力,做___________运动。 (2)沿着电场方向:受恒定的电场力,做初速度为零的___________运动。 匀速直线 匀加速直线 2.运动规律 3.示波器 (1)构造:示波管是示波器的核心部件,主要由_______、_________和________组成,如图所示。 电子枪 偏转系统 荧光屏 (2)原理:示波器的灯丝通电后给阴极加热,使阴极发射_____,电子经阳极和阴极间的电场加速聚焦后形成一很细的________,电子射出打在管底的________上,形成一个小亮斑。亮斑在荧光屏上的位置可以通过调节___偏转板与___偏转板上的电压大小来控制。 电子 电子束 荧光屏 Y X [微点拨] 带电粒子从偏转电场中射出时,其速度的反向延长线过水平位移的中点。 1.在真空中有一对平行金属板,由于接上电池组而带电,两板间电势差为U,若一个质量为m、带正电荷q的粒子,在静电力作用下由静止开始从正极板附近向负极板运动。请思考: 怎样计算它到达负极板时的速度?你有几种方法? 提示:方法1:由动力学知识a===,v2=2ad,得v= 。 方法2:由动能定理qU=mv2,得v= 。 2.如图所示,带电粒子(不计重力)从两极板中间垂直电场线方向进入电场。 试对以下结论作出判断: (1)带电粒子在匀强电场中做匀变速运动。 ( ) (2)带电粒子在沿初速度方向上做匀速直线运动。 ( ) (3)带电粒子在电场中运动过程中动能不断增大。 ( ) (4)带电粒子沿静电力方向做初速度为零的匀加速直线运动。( ) √ √ √ √ 3.如图所示,为示波管的核心部件。 试对以下结论作出判断。 (1)在偏转电极上不加偏转电压时,荧光屏中心出现亮斑。 ( ) (2)若在竖直偏转板加上如图甲所示电压,则荧光屏上会出现一条竖直线。 ( ) (3)若在水平偏转板加上如图乙所示电压,则荧光屏上会出现正弦曲线。 ( ) √ √ × 四层学习内容2强化关键能力 如图所示,直线上有O、a、b、c四点,a、b间的距离与b、c间的距离相等,在O点处有固定点电荷。已知b点电势高于c点电势。若一带负电荷的粒子仅在静电力作用下先从c点运动到b点,再从b点运动到a点。试分析: 新知学习(一)　带电粒子的加速问题 任务驱动 (1)粒子的运动情况; 提示:根据点电荷电场及电势分布特点和b点电势高于c点电势可知,O点固定的是正电荷。带负电粒子从c点运动到b点,再从b点运动到a点,静电力对粒子一直做正功,粒子速度一直增大。 (2)从c点到b点,从b点到a点两段过程中,静电力对粒子做功的关系。 提示:静电力做功W=qU,因为Ubc<Uab,则前一个过程中静电力做功小于后一个过程静电力做功。 1.力和运动的关系——牛顿第二定律 根据带电粒子受到的静电力,用牛顿第二定律找出加速度,结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等。这种方法通常适用于恒力作用下粒子做匀变速运动的情况。 例如:a===,v=v0+at,x=v0t+at2。 重点释解 2.功和能的关系——动能定理 根据静电力对带电粒子做的功,引起带电粒子的能量发生变化,利用动能定理或全过程中能量的转化,研究带电粒子的速度变化、位移等。这种方法也适用于非匀强电场。 例如:带电粒子经过电势差为U的电场加速后,由动能定理得qU=mv2-m,则带电粒子的速度v=,若粒子的初速度为零,则带电粒子的速度v=。 当带电粒子以极小的速度进入电场中时,在静电力作用下做加速运动,示波器、电视显像管中的电子枪、回旋加速器都是利用电场对带电粒子进行加速的。 1.如图所示为电子枪的工作原理,金属丝加热后可以发射电子,发射出的电子被加速电场加速,穿出金属板上的小孔后,形成高速运动的电子束。其中加热电源的电动势为E,加速电压为U。下列说法正确的是 (　 ) 针对训练 A.加热电源的正负极不能接反 B.加速电压的正负极不能接反 C.加速电场的电场线从金属丝发出,终止于金属板 D.电子被加速时,一定是沿着电场线方向运动的 √ 解析:金属丝加热后发射电子,加热电源的正负极互换也不影响,故A错误;电子加速时,当加速电压正负极互换,电子不被加速,故B正确;电场线从金属板出发,终止于金属丝,故C错误;电子被加速时,受到的电场力方向与电场线方向相反,是沿着电场线反方向运动的,故D错误。 2.如图所示,两平行金属板相距为d,电势差为U,一电子质量为m、电荷量为e,从O点沿垂直于极板的方向射出,最远到达A点,然后返回,|OA|=h,此电子具有的初动能是 (　 ) A. B.edUh C. D. √ 解析:方法一:功能关系 在O→A过程中,由动能定理得Fh=m, 即=m, 故电子的初动能为。 方法二:力和运动的关系 电子运动的加速度a=① 由匀变速直线运动的规律得 0-=2ah　② Ek=m③ 联立①②③式,解得Ek=。 3.如图所示,一个质子以初速度v0=5×106 m/s水平射入一个由两块带电的平行金属板组成的区域。两板距离为20 cm,金属板之间电场是匀强电场,电场强度为3×105 N/C。质子质量m=1.67×10-27 kg,电荷量q=1.60×10-19 C。求质子由板上小孔射出时的速度大小。 答案:6×106 m/s 解析:根据动能定理W=m-m 而W=qEd =1.60×10-19×3×105×0.2 J =9.6×10-15 J 所以v1= = m/s ≈6×106 m/s 质子射出时的速度约为6×106 m/s。 1.基本规律 带电粒子在电场中的偏转,轨迹如图所示。 新知学习(二)　带电粒子的偏转问题 重点释解 (1)初速度方向 (2)电场线方向 (3)离开电场时的偏转角:tan α==。 (4)离开电场时位移与初速度方向的夹角:tan β==。 2.三个重要推论 (1)以相同的初速度进入同一个偏转电场的带电粒子,不论m、q是否相同,只要相同,即比荷相同,则偏转距离y和偏转角α相同。 (2)若以相同的初动能Ek0进入同一个偏转电场,只要q相同,不论m是否相同,则偏转距离y和偏转角α相同。 (3)不同的带电粒子经同一加速电场加速后(即加速电压相同),进入同一偏转电场,则偏转距离y和偏转角α相同 。 [典例]　长为L的平行金属板竖直放置,两极板带等量的异种电荷,板间形成匀强电场,一个带电荷量为+q、质量为m的带电粒子,以初速度v0紧贴左极板垂直于电场线方向进入该电场,刚好从右极板边缘射出,射出时速度与竖直方向成30°角,如图所示,不计粒子重力,求: 典例体验 (1)粒子末速度的大小; [答案]　　 [解析]　粒子离开电场时,合速度与竖直方向夹角为30°,由速度关系得合速度大小: v==。 (2)匀强电场的场强大小; [答案]　　 [解析]　粒子在匀强电场中做类平抛运动,在竖直方向上:L=v0t,在水平方向上:vy=v0tan 30°=,vy=at,由牛顿第二定律得:qE=ma,解得E=。 (3)两板间的距离。 [答案]　L [解析]　粒子做类平抛运动,设两板间的距离为d,在水平方向上:d=at2,解得d=L。 /方法技巧/ 带电粒子在电场中偏转的解题技巧 (1)带电粒子垂直于电场方向射入,在电场中做类平抛运动。 (2)出射速度的反向延长线交于板间直线的中点。 (3)注意三角形相似的位移比例关系。 1.图甲是示波管原理图,图乙是电子在偏转电极YY'间运动的示意图,电子以v0的速度沿两极板YY'的中心线进入,并射到荧光屏。图乙中极板YY'的长度为l,间距为d,板间电压为U。已知电子电荷量为e,质量为m,则电子在偏转电极YY'间运动的 (　 ) 针对训练 A.加速度a= B.加速度a= C.偏移距离y= D.偏移距离y= 解析:由牛顿第二定律,电子在偏转电极YY'间运动的加速度a==,选项A、B错误;电子在偏转电极YY'间运动l=v0t,y=at2,联立解得偏移距离y=··=,选项C错误,选项D正确。 √ 2.如图所示,从炽热的金属丝逸出的电子(速度可视为零),经加速电场加速后从两极板中间垂直射入偏转电场。电子的重力不计。在满足电子能射出偏转电场的条件下,下述四种情况中,一定能使电子的偏转角变大的是 (　 ) A.仅将偏转电场极性对调 B.仅增大偏转电极间的距离 C.仅增大偏转电极间的电压 D.仅减小偏转电极间的电压 √ 解析:设加速电场的电压为U0,偏转电压为U,极板长度为L,间距为d,电子加速过程中,由U0q=,得v0=,电子进入偏转电场后做类平抛运动,时间t=,加速度a=,竖直分速度vy=at,tan θ==,故可知C正确。 四层学习内容3·4浸润学科 素养和核心价值 ◉物理观念——带电粒子在匀强电场中的偏转 1.(选自教科版教材“观察思考”)如果在如图所示的阴极射线管靠左侧的位置,加上一个沿竖直方向的匀强电场,可以观察到电子束不再沿直线运动,而是向下或向上偏转。改变电场的方向,观察电子束的偏转方向是否发生变化。请思考下列问题: 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 (1)电子在匀强电场内的运动轨迹为什么不是直线而是曲线?你能运用牛顿定律加以解释吗? 提示:加上沿竖直方向的匀强电场后,电子在竖直方向上受电场力作用,与电子初速度方向不共线,电子将做曲线运动。 (2)电子如果以一定的初速度垂直于电场方向射入匀强电场中,只在电场力的作用下的运动,与我们在力学中学习过的哪种运动规律类似? 提示:电子如果以一定的初速度垂直于电场方向射入匀强电场中,电子将做与平抛运动类似的运动。 ◉科学思维——直线加速器的原理 2.(选自鲁科版教材课后练习)如图所示, 某直线加速器由沿轴线分布的一系列金属圆 管(漂移管A、B、C、D、E)组成,质子从K点 沿轴线进入加速器并依次向右穿过各漂移管,在漂移管内做匀速直线运动,在漂移管间被电场加速,加速电压视为不变。设质子进入漂移管B时速度为8×106 m/s,进入漂移管E时速度为1×107 m/s,漂移管间缝隙很小,质子的电荷量与质量之比为1×108 C/kg。求相邻漂移管间的加速电压。 答案:6×104 V 解析:质子从漂移管B运动到漂移管E共被加速3次,由动能定理得: 3qU=m-m,=1×108 C/kg 可解得:U=6×104 V。 1.(多选)有一种电荷控制式喷墨打印机,它的打印头的结构简图如图所示。其中墨盒可以喷出极小的墨汁微粒,此微粒经过带电室带上电后以一定的初速度垂直射入偏转电场,再经偏转电场后打到纸上,显示出字符。不考虑墨汁微粒的重力,为使打在纸上的字迹缩小(偏转距离减小),下列措施可行的是 (　 ) 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 A.减小墨汁微粒的质量 B.增大偏转电场两板间的距离 C.减小偏转电场的电压 D.减小墨汁微粒的喷出速度 √ √ 解析:微粒以一定的初速度垂直射入偏转电场做类平抛运动,水平方向:L=v0t;竖直方向:y=at2,加速度:a=,联立解得:y=,要缩小字迹,就要减小微粒通过偏转电场的偏转距离y。由上式分析可知,采用的方法有:增大墨汁微粒的质量、增大偏转电场两板间的距离、减小偏转电场的电压、增大墨汁微粒的喷出速度,故A、D错误,B、C正确。 2.1897年汤姆孙发现电子后,许多科学家为测量电子的电荷量做了大量的探索。1907~1913年密立根用带电油滴进行实验,发现油滴所带的电荷量是某一数值e的整数倍,于是称该数值为元电荷。如图所示,两块完全相同的金属极板水平放置,板间的距离为d,当质量为m的微小带电油滴在两板间运动时,它所受空气阻力的大小与速度大小成正比。两板间不加电压时,观察到油滴竖直向下做匀速运动,通过某一段距离所用时间为t1;当两板间加电压U(上极板的电势高)时,可以观察到同一 油滴竖直向上做匀速运动,且在时间t2内运动的距离与在时间t1内运动的距离相等。忽略空气浮力,重力加速度为g。下列说法正确的是 (　 ) A.根据上极板电势高时观察到油滴竖直向上做匀速运动,可以判定油滴带正电 B.密立根根据实验数据计算出油滴所带的电荷量大约都是1.6×10-19 C C.根据不加电压和加电压两个匀速过程,可以求解出油滴所带的电荷量Q= D.根据两板间加电压U(上极板的电势高)时观察到同一油滴竖直向上做匀速运动,可以计算出油滴的电荷量Q= √ 解析:当极板上加了电压U后,该油滴竖直向上做匀速运动,说明油滴受到的静电力竖直向上,与板间电场的方向相反,所以该油滴带负电,A错误;油滴所带的电荷量大约都是1.6×10-19 C的整数倍,B错误;设油滴运动时所受空气阻力f与速度大小v满足关系为f=kv,当不加电压时,设油滴以速率v1匀速下降,受重力和阻力而平衡,即mg=kv1,当极板加电压U时,设油滴以速率v2匀速上升,受静电力、重力和阻力,即QE=mg+kv2,其中E=,根据题意有v1t1=v2t2,解得Q=,C正确;加上电压时,油滴运动过程中,不仅仅只受静电力和重力作用,还受阻力作用,所以Q≠mg,D错误。 3.如图所示是高压电场干燥中药 技术基本原理图,在一个很大的导体板 MN上铺一薄层中药材,针状电极O和平 板电极MN接高压直流电源,其间产生较强的电场。水分子是极性分子,可以看成棒状带电体,一端带正电,另一端带等量负电。水分子在电场力的作用下会加速从中药材中分离出去,被鼓风机吹出的水平微风裹挟着飞离电场区域。图中虚线ABCD是某一水分子从A处由静止开始的运动轨迹。下列说法正确的是 (　 ) A.水分子运动中受到的电场力越来越小 B.沿着曲线ABCD方向电势越来越低 C.水分子运动中电势能越来越小 D.水分子的轨迹ABCD是一条抛物线 √ 解析:根据电场线疏密可以判断电场强弱,D点电场线最密,电场强度最强,所以水分子在D点受电场力最大,电场力越来越大,A错误;沿电场线方向电势越来越低,所以A点电势最低,沿着曲线ABCD方向电势越来越高,B错误;水分子从静止开始运动,电场力做正功,电势能减小,C正确;因为电场不是匀强电场,所以水分子受力方向一直在变,所以不是类平抛运动,轨迹不是抛物线,D错误。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A级——学考达标 1.如图所示,在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动,则关于电子到达Q板时的速度,下列说法正确的是(　 ) 6 7 8 9 10 11 12 13 A.两板间距离越大,加速的时间就越长,获得的速度就越大 B.两板间距离越小,加速度就越大,获得的速度就越大 C.与两板间距离无关,仅与加速电压有关 D.以上说法均不正确 解析:电子由P板到Q板的过程中,静电力做功,根据动能定理eU=mv2,得v=,电子到达Q板时的速度大小只与加速电压有关,与两板间距离无关,C正确。 1 2 3 4 5 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2.在空间有正方向水平向右、大小按如图所示的图线变化的电场,位于电场中A点的电子在t=0时速度为零,在t=1 s时,电子离开A点的距离大小为l。那么在t=2 s时,电子将处在 (　 ) A.A点　　　　　　　　 B.A点左方l处 C.A点右方2l处 D.A点左方2l处 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:粒子在第1 s内做初速度为零的匀加速直线运动,第2 s内做末速度为零的匀减速直线运动,加速度大小相等,由于电子带负电,故一直向左运动,t=2 s时电子距离A点为2l,故选D。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3.如图所示,质子H)和α粒子He),以相同的初动能垂直射入偏转电场(不计粒子重力),则质子和α粒子射出电场时的侧位移y之比为(　 ) A.1∶1 B.1∶2 C.2∶1 D.1∶4 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:粒子进入电场后,做类平抛运动,根据牛顿第二定律可得a=,粒子射出电场时的侧位移y=at2,电场中水平方向有t=,联立,可得y==,依题意可知两粒子的初动能相同,电场强度E和极板长度L相同,则y与q成正比,质子和α粒子电荷量之比为1∶2,则侧位移y之比为1∶2,B正确,A、C、D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 4.如图所示为某电场中的一条电场线,在a点由静止释放一个正电荷(重力不能忽略),到达b时速度恰好为零,则 (　 ) A.电场线的方向一定竖直向下 B.该电场一定是匀强电场 C.该电荷从a→b做变加速运动 D.该电荷在a点受到的电场力一定比在b点受到的电场力小,且b点的场强最大 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:在a点由静止释放电荷,到达b点时速度恰好为零,可知该电荷先加速后减速,所受电场力与重力方向相反,因电荷为正电荷,则电场力的方向与电场线方向相同,故电场线的方向向上,故A错误;由于电荷在a点由静止释放后先加速,到达b点速度也为零,可知电荷开始时受到的重力大于电场力,后来电场力大于重力,该电荷从a→b做变加速运动,该电场一定不是匀强电场,故B错误,C正确;从a到b先加速后减速,可知电荷在a点受到的重力大于电场力,在b点电场力大于重力,所以电荷在b点受到的电场力一定大于电荷在a点受到的电场力,所以b点场强一定大于a点场强,但从a→b过程,b点的场强不一定是最大,故D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 5.在一些电子显示设备中,让阴极发射的电子束通过适当的非匀强电场,可以使发散的电子束聚集。下列4幅图中带箭头的实线表示电场线,如果用虚线表示电子可能的运动轨迹,其中正确的是 (　 ) 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:运动中的物体所受合力应指向运动轨迹凹侧,结合电子受到的电场力及电子的运动轨迹进行分析,可知A正确,B、C、D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 6.如图所示,质量相等的两个带电液滴1和2从水平方向的匀强电场中O点自由释放后,分别抵达B、C两点,若AB=BC,则它们带电荷量之比q1∶q2等于 (　 ) A.1∶2 B.2∶1 C.1∶ D.∶1 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:带电液滴在匀强电场中偏转,竖直方向有h=gt2,水平方向有l=t2,联立可得q=,所以有=,B正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 7.(多选)示波管的构造如图所示。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 2 3 4 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:根据亮斑的位置,电子偏向XY区间,说明电子受到电场力作用发生了偏转,因此极板X、极板Y均应带正电,故A、C正确,B、D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 8.如图所示,平行板电容器板间电压为U,板间距为d,两板间为匀强电场,让质子以初速度v0沿着两板中心线射入,沿a轨迹落到下板的中央,现只改变其中一条件,让质子沿b轨迹落到下板边缘,则可以将 (　 ) A.开关S断开 B.初速度变为2v0 C.板间电压变为 D.竖直移动上板,使板间距变为2d 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:开关S断开,电容器所带电荷量不变,电容器的电容不变,则电容器两极板间电压不变,质子仍落到下板的中央,A错误;将初速度变为2v0,质子加速度不变,根据y==at2知质子运动到下极板所需的时间不变,由x=v0t知到达下极板时质子的水平位移变为原来的2倍,正好落到下板边缘,B正确;当板间电压变为时,板间场强变为原来的,质子所受的电场力变为原来的,加速度变为原来的,根据y==at2知质子运动到下极板所需时间为 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 原来的倍,由x=v0t知到达下极板时质子的水平位移为原来的倍,所以质子不能落到下板边缘,C错误;竖直移动上板,使板间距变为2d,则板间场强变为原来的,由C项分析知质子运动到下极板所需时间为原来的倍,水平位移为原来的倍,质子不能落到下板边缘,D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 9.(8分)如图所示,边长为L的正方形区域ABCD内存在着沿AD方向的匀强电场。电荷量为q、动能为Ek的带电粒子从A点沿AB方向进入电场,恰好从BC的中点离开电场,不计粒子重力。求: 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (1)电场强度的大小E; 答案: 解析:设粒子的初速度为v0,则Ek=m,粒子在AB方向上做匀速直线运动,有L=v0t,粒子在AD方向上做初速度为0的匀加速直线运动,有L=at2,根据牛顿第二定律有a=,由以上各式解得E=。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (2)粒子离开电场时的动能Ek1。 答案:2Ek 解析:根据动能定理,有qE·L=Ek1-Ek,解得Ek1=2Ek。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 B级——选考进阶 10.某带电粒子转向器的横截面如图所示,转向器中 有辐向电场。粒子从M点射入,沿着由半径分别为R1和R2 的圆弧平滑连接成的虚线(等势线)运动,并从虚线上的N 点射出,虚线处电场强度大小分别为E1和E2,则R1、R2和 E1、E2应满足(　 ) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A.= B.= C.= D.= 解析:带电粒子在电场中做匀速圆周运动,电场力提供向心力,则有qE1=m,qE2=m,联立可得=,故选A。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 11.(多选)如图所示,将氘核(H)和氦核(He)混合体从加速电压为U1的加速电场中的P点由静止释放,被加速后从B板的小孔射出沿C、D间的中线进入偏转电压为U2的偏转电场,两种粒子都能够从偏转电场的另一端射出。如果不计重力的影响,以下判断中正确的是(　 ) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A.氘核(H)和氦核He)偏转位移y相等 B.氘核(H)偏向角θ更小 C.氦核(He)射出偏转电场时的动能更大 D.氦核(He)射出偏转电场时的速度更大 2 3 4 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:在加速电场中,根据动能定理qU1=m,在偏转电场中,设电容器的长度为L,宽度为d,则y=at2 ,L=v1t,a=,联立得y=,tan θ==可知,偏转位移y和偏向角θ均相等,故A正确,B错误;根据动能定理qy=Ek-m得Ek=qU1+qy,由于氦核电荷量更大,所以氦核(He)射出偏转电场时的动能更大,故C正确;由Ek=m得v2=,由于氘核与氦核的比荷相等,则二者射出偏转磁场时的速度相等,故D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 12.(8分)如图,在某示波管中从炽热金属丝射出的电子流(初速度不计),经加速电压U1加速后,在S处沿水平方向垂直电场飞入平行板间,若两板间的电压为U2,板间距离为d,板长为l。已知电子质量为m,电荷量为e。若电子能飞出偏转电场,求: 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (1)电子离开加速电场时的速度v0的大小; 答案: 　 解析:由动能定理可得U1e=m 解得v0=。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (2)电子经过偏转电场的时间t; 答案:l　 解析:电子经过偏转电场的时间t==l。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (3)电子经过偏转电场的竖直位移y。 答案: 解析:电子经过偏转电场的竖直位移y=at2=·=。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 13.(10分)真空室中有如图甲所示的装置,电极K持续发出的电子(初速不计)经过电场加速后,从小孔O沿水平放置的偏转极板M、N的中心轴线OO'射入。M、N板长均为L,间距为d,偏转极板右边缘到荧光屏P(足够大)的距离为s。M、N两板间的电压UMN随时间t变化的图线如图乙所示。调节加速电场的电压,使得每个电子通过偏转极板M、N间的时间等于图乙中电压UMN的变化周期T。已知电子的质量、电荷量分别为m、e,不计电子重力。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (1)求电子经加速电场加速后的速度v0; 答案:　 解析:电子经加速电场加速后水平方向做匀速直线运动,速度v0=。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (2)求加速电场的电压U1; 答案:　 解析:根据eU1=m 加速电场电压U1=。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (3)欲使不同时刻进入偏转电场的电子都能打到荧光屏P上,求图乙中电压U2的范围。 答案:U2≤ 解析:t=0时刻进入偏转电场的电子,先做类平抛运动,后做匀速直线运动,射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y最大 y1=×,y2=2y1,y1+y2≤ 得U2≤。 2 3 4 $$