2021-2022学年高中物理 第2章 电场与示波器 5 探究电子束在示波管中的运动训练（含解析）沪科版选修3-1.docx

1、探究电子束在示波管中的运动A组1.下列粒子从初速度为零的状态经过电压为U的电场加速后,粒子速度最大的是()A.质子B.氘核C.粒子D.钠离子Na+解析:由qU=12mv02得v0=2qUm,比荷越大的粒子,获得的速度越大,质子的比荷最大,选项A正确。答案:A2.如图所示,质子(11H)和粒子(24He)以相同的初动能垂直射入偏转电场(粒子不计重力),则这两个粒子射出电场时的侧位移y之比为()A.11B.12C.21D.14解析:由y=12EqmL2v02和Ek0=12mv02得y=EL2q4Ek0,可知,y与q成正比,选项B正确。答案:B3.如图所示是一个示波管工作的原理图,电子经过加速后以速

2、度v0垂直进入偏转电场,离开电场时偏转量是h,两平行板间距离为d,电势差为U,板长为l,每单位电压引起的偏移量(hU)叫示波管的灵敏度。若要提高其灵敏度,可采用下列哪种办法()A.增大两极板间的电压B.尽可能使板长l做得短些C.尽可能使板间距离d减小些D.使电子入射速度v0大些解析:竖直方向上电子做匀加速运动,有h=12at2=qUl22mdv02,则有hU=ql22mdv02,可判断选项C正确。答案:C4.(多选)如图所示,M、N是真空中的两块平行金属板。质量为m、电荷量为q的带电粒子,以初速度v0由小孔进入电场,当M、N间电压为U时,粒子恰好能达到N板。如果要使这个带电粒子到达M、N板间距

3、的12后返回,下列措施中能满足要求的是(不计带电粒子的重力)()A.使初速度减为原来的12B.使M、N间电压加倍C.使M、N间电压提高到原来的4倍D.使初速度和M、N间电压都减为原来的12解析:由题意知,带电粒子在电场中做减速运动,在粒子恰好能到达N板时,由动能定理可得-qU=-12mv02要使粒子到达两极板中间后返回,设此时两极板间电压为U1,粒子的初速度为v1,则由动能定理可得-qU12=-12mv12联立两方程得U12U=v12v02可见,选项B、D均符合等式的要求。答案:BD5.如图所示,质量相同的两个带电粒子P、Q以相同的速度沿垂直于电场方向射入两平行板间的匀强电场中,P从两极板正中

4、央射入,Q从下极板边缘处射入,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.它们运动的时间tQtPB.它们运动的加速度aQd,故不能射出。若恰能射出,则B板需向右平移d,板间距变为d,则d=12eUmdt2解得d=teU2m=10-81.610-1918229.110-31m=0.04m故d=d-d=0.02m。答案:不能,向右平移0.02 m教学建议在高二的基础型课程中,已经学习了电场的基本性质、电场强度、电势、电势差概念以及电场力做功等知识;高一的基础型课程中,学习了动力学以及功能关系的知识,这些是探究带电粒子在电场中运动的基础知识。本节综合性强,理论分析要求高,带

5、电粒子的加速是电场的能的性质的应用;带电粒子的偏转则侧重于电场的力的性质,通过类比恒力作用下的曲线运动(平抛运动),理论上探究带电粒子在电场中偏转的规律。本节既包含了电场的基本性质,又要运用直线和曲线运动的规律,还涉及能量的转化和守恒,有关类比和建模等科学方法的应用也比较典型。此外,带电粒子在电场中的运动在技术上被广泛应用,这能较好地体现物理与社会、生活的联系。运用动力学观点和能量观点探究带电粒子在电场中的运动情况,是本节的重点,也是难点之一,难点之二在于带电粒子的重力能否忽略,学生认识不清。1.引导学生猜想电场力与速度方向相同或垂直时带电粒子的运动情况,并通过实验观察带电粒子在电场中的加速和

6、偏转。2.通过类比加速直线运动和平抛运动,探究带电粒子的运动规律。3.推理计算带电粒子加速后的速度,以及偏转的距离和偏转角度。4.通过实例分析,说明在实际问题中带电粒子的重力能否忽略。参考资料电子直线加速器电子直线加速器是指用微波电磁场加速电子的直线型加速器。根据微波的类型可分为行波和驻波型电子直线加速器,其电子能量一般都较高,输出功率在几千瓦到几十千瓦,在辐射加工安全许可范围内,高能电子对被照射物具有最深的有效穿透,因而得到广泛利用。电子直线加速器基本结构:电子直线加速器可根据辐照工艺的要求做成立式或卧式。电子直线加速器的最高电子能量已超过几万兆电子伏。此外,直线加速器的注入和引出效率都很高;束流强度取决于注入器的入射强度和高频电源的荷载能力。一般受高频源的制约只能脉冲工作,电流的平均值为一毫安至十几毫安,即束流功率为一千瓦到十几千瓦。