1、第4讲带电粒子在电场中的运动知识梳理知识梳理一、带电粒子在电场中做直线运动一、带电粒子在电场中做直线运动1.运动状态分析运动状态分析带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场,受到的电场力与运动方向在同一直线上,做匀变速直线匀变速直线运动。2.功能观点分析功能观点分析粒子动能的变化量等于电场力做的功(电场可以是匀强或非匀强电场)。(1)若粒子的初速度为零,则mv2=qU,v=。(2)若粒子的初速度不为零,则mv2-m=qU,v=。122qUm121220v202qUmvm二、带电粒子在电场中的偏转二、带电粒子在电场中的偏转1.带电粒子以垂直匀强电场的场强方向进入电场后,受到的电场力F恒定且与初速
2、度方向垂直,做匀变速曲线运动(类平抛运动),如图所示。2.偏转运动的分析方法偏转运动的分析方法(1)沿初速度方向为匀速直线运动匀速直线运动。运动时间:t=。(2)沿电场力方向为初速度为零的匀加速直线匀加速直线运动。a=。离开电场时的偏移量:y=at2=。离开电场时的偏转角:tan=。0lvFmqEmqUmd122202qUlmdv0yvv20Uqlmdv三、示波器三、示波器1.示波管的构造示波管的构造:示波器的核心部件是示波管,示波管的构造简图如图所示,也可将示波管的结构大致分为三部分,即电子枪、偏转电极和荧光屏。2.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沿直线运动,打在
3、荧光屏中心中心,在那里产生一个亮斑。3.YY上加的是待显示的信号电压信号电压,XX上是仪器自身产生的锯齿形电压,叫做扫描电压扫描电压,若所加扫描电压和信号电压的周期相同相同,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。1.下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后,速度最大的是()A.质子H)B.氘核H)C.粒子He)D.钠离子(Na+)11(21(42(答案答案A根据qU=mv2可得v=,对四种粒子分析,质子的最大,故选项A正确。122qUmqmA2.两平行金属板间为匀强电场,不同的带电粒子都以垂直于电场线的方向飞入匀强电场(不计重力),要使这些粒子经过匀强电场后有相同大小
4、的偏转角,则它们应具备的条件是()A.有相同的动能和相同的比荷B.有相同的动量(质量与速度的乘积)和相同的比荷C.有相同的速度和相同的比荷D.只要有相同的比荷就可以C答案答案C由偏转角tan=可知在确定的偏转电场中U、l、d确定,则偏转角与和v0有关。0yvv20qlUmv dqm3.(多选)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AC答案答案AC根据亮斑的位置,电子偏向XY区域,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。深化
5、拓展深化拓展考点一考点一带电粒子在匀强电场中的直线运动带电粒子在匀强电场中的直线运动考点二考点二带电粒子在匀强电场中的偏转带电粒子在匀强电场中的偏转考点三考点三示波管原理示波管原理深化拓展深化拓展考点一带电粒子在匀强电场中的直线运动考点一带电粒子在匀强电场中的直线运动1.带电粒子在电场中的运动,综合了静电场和力学的知识,分析方法和力学的分析方法基本相同:先分析受力情况,再分析运动状态和运动过程(平衡、加速、减速;直线还是曲线),然后选用恰当的规律解题。解决这类问题的基本方法是:(1)采用运动和力的观点:牛顿第二定律和运动学知识求解。(2)用能量转化的观点:动能定理和功能关系求解。2.对带电粒子
6、进行受力分析时应注意的问题对带电粒子进行受力分析时应注意的问题(1)要掌握电场力的特点。电场力的大小和方向不仅跟场强的大小和方向有关,还跟带电粒子的电性和电荷量有关。在匀强电场中,同一带电粒子在各处所受电场力的大小和方向相同;在非匀强电场中,同一带电粒子在不同位置所受电场力的大小和方向都可能不同。(2)是否考虑重力要依据情况而定。微观粒子:如电子、质子、粒子、离子等除有说明或明确的暗示外,一般不考虑重力(但不能忽略质量)。宏观小物体:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或明确暗示外,一般都不能忽略重力。1-1一水平放置的平行板电容器的两极板间距为d,极板分别与电池两极相连,上极板中心有一小孔(
7、小孔对电场的影响可忽略不计)。小孔正上方处的P点有一带电粒子,该粒子从静止开始下落,经过小孔进入电容器,并在下极板处(未与极板接触)返回。若将下极板向上平移,则从P点开始下落的相同粒子将()A.打到下极板上B.在下极板处返回C.在距上极板处返回D.在距上极板d处返回2d3d2d25D答案答案D设板间电压为U,场强为E,则E=,由动能定理得mgd-qEd=0将下极板向上平移后,U不变,d=d,则E=E,设粒子在距上极板x处返回,则mg(+x)-qEx=0联立解得:x=d,故D正确,A、B、C错误。Ud323d2332Ud322d251-2甲图是我国自主研制的200mm离子电推进系统,已经通过我国
8、“实践九号”卫星空间飞行试验验证,有望在2015年全面应用于我国航天器。离子电推进系统的核心部件为离子推进器,它采用喷出带电离子的方式实现飞船的姿态和轨道的调整,具有大幅减少推进剂燃料消耗、操控更灵活、定位更精准等优势。离子推进器的工作原理如图乙所示,推进剂氙原子P喷注入腔室C后,被电子枪G射出的电子碰撞而电离,成为带正电的氙离子。氙离子从腔室C中飘移过栅电极A的速度大小可忽略不计,在栅电极A、B之间的电场中加速,并从栅电极B喷出。在加速氙离子的过程中飞船获得推力。已知栅电极A、B之间的电压为U,氙离子的质量为m、电荷量为q。甲乙(1)将该离子推进器固定在地面上进行试验。求氙离子经A、B之间的
9、电场加速后,通过栅电极B时的速度v的大小;(2)配有该离子推进器的飞船的总质量为M,现需要对飞船运行方向作一次微调,即通过推进器短暂工作让飞船在与原速度垂直方向上获得一很小的速度v,此过程中可认为氙离子仍以第(1)问中所求的速度通过栅电极B。推进器工作时飞船的总质量可视为不变。求推进器在此次工作过程中喷射的氙离子数目N;(3)可以用离子推进器工作过程中产生的推力与A、B之间的电场对氙离子做功的功率的比值S来反映推进器工作情况。通过计算说明采取哪些措施可以增大S,并对增大S的实际意义说出你的看法。答案答案(1)(2)(3)见解析解析解析(1)根据动能定理有qU=mv2解得:v=(2)在与飞船运动
10、方向垂直方向上,根据动量守恒有:Mv=Nmv解得:N=(3)设单位时间内通过栅电极A的氙离子数为n,在时间t内,离子推进器发射出的氙离子个数为N=nt,设氙离子受到的平均力为F,对时间t内射出的氙离子运用动量定理有2qUm2M vqUm122qUmM vmv2M vqUmFt=Nmv=ntmv,F=nmv根据牛顿第三定律可知,离子推进器工作过程中对飞船的推力大小F=F=nmv电场对氙离子做功的功率P=nqU则S=根据上式可知:增大S可以通过减小q、U或增大m的方法。增大S意味着推进器消耗相同的功率可以获得更大的推力。FP2mqU考点二带电粒子在匀强电场中的偏转考点二带电粒子在匀强电场中的偏转1
11、.条件条件:带电粒子垂直于电场方向进入匀强电场。2.处理方法处理方法:类似于平抛运动,应用运动的合成与分解的方法。3.两个有用的结论两个有用的结论从中央垂直于电场方向射入(设沿x轴射入)的带电粒子在射出电场时速度的反向延长线交x轴上的一点,该点与射入点间的距离为带电粒子在x轴方向上位移的一半(带电粒子就好像是从“中点”射出的)。静止的带电粒子经同一电场加速,再垂直射入同一偏转电场,射出粒子的偏转角度和偏移量与粒子的q、m无关。【情景素材情景素材教师备用教师备用】2-1两个半径均为R的圆形平板电极,平行正对放置,相距为d,极板间的电势差为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
12、速度垂直于电场方向射入两极板之间,到达负极板时恰好落在极板中心。已知质子电荷量为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:(1)极板间的电场强度E;(2)粒子在极板间运动的加速度a;(3)粒子的初速度v0。答案答案(1)E=(2)a=(3)v0=Ud2eUmd2RdeUm解析解析(1)极板间场强E=(2)粒子带电荷量为2e,质量为4m,所受电场力F=2eE=粒子在极板间运动的加速度a=(3)由d=at2,得t=2dv0=。Ud2eUd4Fm2eUmd122dameURt2RdeUm2-2(2016北京理综,23,18分)如图所示,电子由静止开始经加速电场加速后,沿平行于板面的
13、方向射入偏转电场,并从另一侧射出。已知电子质量为m,电荷量为e,加速电场电压为U0。偏转电场可看做匀强电场,极板间电压为U,极板长度为L,板间距为d。(1)忽略电子所受重力,求电子射入偏转电场时的初速度v0和从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离y。(2)分析物理量的数量级,是解决物理问题的常用方法。在解决(1)问时忽略了电子所受重力,请利用下列数据分析说明其原因。已知U=2.0102V,d=4.010-2m,m=9.110-31kg,e=1.610-19C,g=10m/s2。(3)极板间既有静电场也有重力场。电势反映了静电场各点的能的性质,请写出电势的定义式。类比电势的定义方法,在重力场中建立
14、“重力势”G的概念,并简要说明电势和“重力势”的共同特点。答案答案(1)(2)(3)见解析解析解析(1)根据功和能的关系,有eU0=m电子射入偏转电场的初速度v0=02eUm204ULU d1220v02eUm在偏转电场中,电子的运动时间t=L偏转距离y=a(t)2=(2)考虑电子所受重力和电场力的数量级,有重力G=mg10-29N电场力F=10-15N由于FG,因此不需要考虑电子所受重力。(3)电场中某点电势定义为电荷在该点的电势能Ep与其电荷量q的比值,即=由于重力做功与路径无关,可以类比静电场电势的定义,将重力场中物0Lv02meU12204ULU deUdpEq体在某点的重力势能EG与
15、其质量m的比值,叫做“重力势”,即G=。电势和重力势G都是反映场的能的性质的物理量,仅由场自身的因素决定。GEm考点三示波管原理考点三示波管原理1.偏转电极不加电压时,从电子枪射出的电子将沿直线运动,射到荧光屏的中心点形成一个亮斑。2.在YY(或XX)加电压时,电子偏转后射到YY(或XX)所在直线上某一点,形成一个亮斑(不在中心),如图所示。1220v设加速电压为U1,偏转电压为U2,电子电荷量为e,质量为m,由W=Ek得eU1=m 在电场中的侧移量y=at2=t2其中d为两板的间距水平方向t=又tan=由式得荧光屏上的侧移量y=y+Ltan=tan1222eUdm0Lvyxvv0atv220
16、eLUdmv212LUdU212LUdU2LL2LL3.示波管实际工作时,竖直偏转板和水平偏转板都加上电压。一般加在竖直偏转板上的电压是要研究的信号电压,加在水平偏转板上的电压是扫描电压,若两者周期相同,在荧光屏上就会显示出信号电压随时间变化的波形图。3-1图(a)为示波管的原理图。如果在电极YY之间所加的电压按图(b)所示的规律变化,在电极XX之间所加的电压按图(c)所示的规律变化,则在荧光屏上会看到的图形是()B答案答案B由题图(b)及(c)知,当UY为正时,Y极电势高,电子向Y极偏,在y方向电子从y=0开始向+y方向运动,而此时,UX为负,即X极电势高,电子向X极偏,在x方向图形从-x半
17、个周期开始,所以在荧光屏上看到的图形是B。3-2(2017北京海淀二模,23)如图所示,真空玻璃管内,加热的阴极K发出的电子(初速度可忽略不计)经阳极A与阴极K之间的电压U1形成的加速电场加速后,从阳极A的小孔射出,由水平放置的平行正对偏转极板M、N的左端中点以平行于极板的方向射入两极板之间的区域。若M、N两极板间无电压,电子将沿水平直线打在荧光屏上的O点;若在M、N两极板间加电压U2,形成平行纸面的偏转电场,则电子将打在荧光屏上的P点;若在M、N极板间加电压U2的同时,再加方向垂直纸面的匀强磁场,则电子将能重新打在荧光屏上的O点。已知电子质量为m,电荷量为e,M、N两极板长均为L1、两极板间
18、距离为d,极板右端到荧光屏的距离为L2。(1)忽略电子所受重力及它们之间的相互作用力,求:电子从阳极A小孔射出时速度v0的大小;电子重新打在荧光屏上O点时,所加匀强磁场的磁感应强度B的大小。(2)在解决一些实际问题时,为了简化问题,常忽略一些影响相对较小的量,这对最终的计算结果并没有太大的影响,因此这种处理是合理的。如在计算电子打在荧光屏上的位置时,对于电子离开M、N板间的偏转电场后运动到荧光屏的过程,可以忽略电子所受的重力。请利用下列数据分析说明为什么这样处理是合理的。已知U2=2.0102V,d=4.010-2m,m=9.110-31kg,e=1.610-19C,L1=5.010-2m,L
19、2=0.10m,重力加速度g=10m/s2。12eUm2Ud12meU1220v答案答案(1)(2)见解析解析解析(1)对于电子在加速电场中的加速过程,根据动能定理有eU1=m解得v0=加磁场后,电子沿水平方向以v0做匀速直线运动,所受合力为零即e=ev0B解得B=(2)电子通过偏转电场的时间t1=电子离开偏转电场时沿垂直偏转极板方向的速度分量vy=ayt1=电子离开偏转电场到荧光屏的运动时间t2=若不计重力,电子离开偏转电场到荧光屏的过程中,沿垂直偏转极板方12eUm2Ud2Ud12meU10Lv210eU Ldmv20Lv向的位移y1=vyt2=若考虑到重力的作用,则电子离开偏转电场到荧光
20、屏的过程中,沿垂直偏转极板方向的位移y2=vyt2+g=+由于重力影响,电子离开偏转电场到荧光屏的过程中,沿垂直偏转极板方向位移增加量为y=y2-y1=由于重力的影响,电子离开偏转电场到荧光屏的过程中,沿垂直偏转极板方向:位移的增加量与忽略电子所受重力时的位移的比值21220eU L Ldmv1222t21220eU L Ldmv22202gLv22202gLv=10-14即重力对电子打在荧光屏上的位置影响非常小,所以计算电子偏转量时可以忽略电子所受的重力。1yy2212gL dmeU L栏目索引以下为附加内容不需要的朋友下载后可以编辑删除，谢谢栏目索引中央农业广播电视学校中央农业广播电视学校
21、 刘天金刘天金20130507 陕西栏目索引 农业部部长韩长赋：这是一项基础性工程、创新性工作，要大抓特抓、坚持不懈。让更多的农民成为新型职业农民（目标）生产更多更好更安全的农产品供给社会（方向）栏目索引一、为什么要大力培育新型职业农民二、什么是新型职业农民三、如何加快培育新型职业农民栏目索引一、为什么要大力培育新型职业农民（一）深刻背景农村劳动力持续转移农村劳动力持续转移,“,“人走村空人走村空”问题愈演愈问题愈演愈烈烈 2012年我国农民工数量达到2.62.6亿亿，每年新增900-1000900-1000万万。四川抽样调查：26%26%举家外出农户20%20%留守农户转移比例平均60%60
22、%，高的70-80%70-80%栏目索引一、为什么要大力培育新型职业农民（一）深刻背景农村青壮年劳动力大量外出，农村青壮年劳动力大量外出，“老人农老人农业业”“”“妇女农业妇女农业”“”“小学农业小学农业”问题日益凸显问题日益凸显陕西抽样调查：72%72%“80后”“90后”青壮年劳动力（农民工）5555岁岁 务农农民平均年龄63%63%妇女83%83%初中及以下文化程度栏目索引 四川抽样调查：务农农民50岁以上54%，60岁以上30%，70岁以上13%；妇女60%；初中及以下90%。栏目索引一、为什么要大力培育新型职业农民（一）深刻背景农村新生劳动力离农意愿强烈，农业后农村新生劳动力离农意愿
23、强烈，农业后继乏人问题步步紧逼继乏人问题步步紧逼新生代农民工76%76%不愿再回乡务农85%85%从未种过地（国家统计局2010年10省调查：90%的新生代农民工没有从事过一天的农业生产活动）栏目索引一、为什么要大力培育新型职业农民（二）紧迫课题“谁来种地谁来种地”“”“地如何种地如何种”？栏目索引党的党的十八大：十八大：坚持和完善农村基本经营制度，构建集约化、专业化、组织化、社会化相结合的新型农业经营体系。国务院常务会议：国务院常务会议：要采取有效措施，使一部分年轻人愿意在农村留下来搞农业，培养和稳定现代农业生产队伍。中央经济工作会议、中央农村工作会议：中央经济工作会议、中央农村工作会议：要
24、稳定完善强农惠农富农政策，充分保护和调动农民生产经营积极性，使务农种粮有效益、不吃亏、得实惠。20132013年中央一号文件：年中央一号文件：农村劳动力大量流动，农户兼业化、村庄空心化、人口老龄化趋势明显，农民利益诉求多元，加强和创新农村社会管理势在必行。十二届全国人大一次会议（政府工作报告）：十二届全国人大一次会议（政府工作报告）：要采取有效措施，稳定农业生产经营队伍，积极培育新型农民。聚焦聚焦“谁来种地谁来种地”“”“地如何种地如何种”栏目索引一、为什么要大力培育新型职业农民（二）紧迫课题“谁来种地”“地如何种”是一个问题的两个方面 农村劳动力结构性不足：“不是不是没人种地，而是这地由什么
25、人来种没人种地，而是这地由什么人来种”创新农业生产经营方式：“不是不是种不过来，而是怎么种得更好种不过来，而是怎么种得更好”栏目索引一、为什么要大力培育新型职业农民（三）历史使命回答好回答好“谁来种地谁来种地”“”“地如何种地如何种”的问的问题，历史性地落在了培育新型职业农民题，历史性地落在了培育新型职业农民上。上。2012年中央一号文件聚焦农业科技，着力解决农业生产力发展问题，明确提出大力培育新型职业农民；2013年中央一号文件突出农业经营体制机制创新，着力完善与现代农业发展相适应的农业生产关系，进一步强调加强农业职业教育和职业培训。栏目索引创新农业生产经营方式创新农业生产经营方式（现代）家
26、庭经营+合作组织+社会化服务 =新型农业经营体系新型职业农民 新型生产经营主体 新型农业经营体系 现代农业栏目索引 新型职业农民新型职业农民是伴随农村生产力发展和生产关系完善产生的新型生产经营主体，是构建新型农业经营体系的基本基本细胞细胞，是发展现代农业的基本支撑基本支撑，是推动城乡发展一体化的基本力量基本力量。栏目索引一、为什么要大力培育新型职业农民（四）重大意义不失时机地大力培育新型职业农民：一是有利于促进农民从身份向职业一是有利于促进农民从身份向职业的转变，的转变，在推动城乡发展一体化中加快剥离“农民”的身份属性，使培育起来的新型职业农民逐步走上具有相应社会保障和社会地位的职业化路子，解
27、决有人愿意在农村留下来搞农业的问题；栏目索引一、为什么要大力培育新型职业农民（四）重大意义不失时机地大力培育新型职业农民：二是有利于促进农民从传统农业生二是有利于促进农民从传统农业生产向现代农业生产经营的转变，产向现代农业生产经营的转变，在加大强农惠农富农政策力度中加快发展现代农业，使培育起来的新型职业农民逐步走上专业化、规模化、集约化、标准化生产经营的现代化路子，解决务农种粮有效益、不吃亏、得实惠的问题；栏目索引一、为什么要大力培育新型职业农民（四）重大意义不失时机地大力培育新型职业农民：三是有利于促进农民从传统小农生三是有利于促进农民从传统小农生产向社会化大生产的转变，产向社会化大生产的转
28、变，在坚持和完善农村基本经营制度中加快培育新型生产经营主体，使培育起来的新型职业农民逐步走上“家庭经营+合作组织+社会化服务”新型农业经营体系的组织化路子，解决保供增收长效机制的问题。栏目索引 培育新型职业农民的过程，就是激活农民自身活力和增强农业农村发展活力的过程，就是培养高素质现代农业和新农村建设者的过程，就是培育“三农”事业发展未来的过程。栏目索引农业部部长韩长赋农业部部长韩长赋 应对农业后继乏人问题的挑战，必须在稳定提高农业比较效益的基础上，大力培育种养大户、家庭农场、专业合作社等各类新型农业经营主体，让更多的农民成为新型职业农民。栏目索引世界性课题世界性课题比如在英国，农场主平均年龄
29、达到59岁。欧盟一直关注农民老龄化和培养青年农民问题，在CAP新一轮改革议案中提出，将2%的直接支付专门用于支持40岁以下的青年农民从事农业。栏目索引世界性课题世界性课题法国经验 统筹农村劳动力转留 加强农业后继者培养 重视农业劳动力教育培训栏目索引 切实把培育新型职业农民放在三农工作突出位置予以推动落实。农村劳动力向城镇和二三产业转移，是伴随现代化进程的必然趋势。目前我国农业劳动力供求结构已进入总量过剩与结构性、区域性短缺并存新阶段，关键农时缺人手、现代农业缺人才、新农村建设缺人力问题日显普遍，“谁来种地”“地如何种”事关13亿人的饭碗。栏目索引 各级农业部门要把培育新型职业农民作为一项重要
30、职责和基本任务，积极争取当地政府和有关部门的重视支持，将其放在三农工作的突出位置，坚持“政府主导、农民主体、需求导向、综合配套”的原则，采取更加有力的措施加以推动落实，培养和稳定现代农业生产经营者队伍，壮大新型生产经营主体。栏目索引二、什么是新型职业农民（一）基本表述 传统农业向现代农业转型，必然要求传统农民向新型职业农民转变。从我国农村基本经营制度和农业生产经营现状及发展趋势看，新新型职业农民是指以农业为职业、具有一型职业农民是指以农业为职业、具有一定的专业技能、收入主要来自农业的现定的专业技能、收入主要来自农业的现代农业从业者。代农业从业者。栏目索引二、什么是新型职业农民（二）主要类型生产经营型：生产经营型：专业大户、家庭农场主专业技能型：专业技能型：农业工人、农业雇员等社会服务型：社会服务型：农村信息员、农产品经纪人、跨区作业农机手、统防统治植保员、村级动物防疫员等农业社会化服务人员
