帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)

1、九、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、自主學(xué)習(xí)在前面學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，本節(jié)學(xué)習(xí)處理帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問題。1.微觀帶電粒子如電子、質(zhì)子、離子、粒子等除有說明或有明確暗示外，處理問題時(shí)均不計(jì)重力；而帶電的液滴、小球等除有說明或有明確暗示外，處理問題時(shí)均應(yīng)考慮重力。2.帶電粒子沿電場(chǎng)線方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)后，由于電場(chǎng)力方向與粒子的運(yùn)動(dòng)方向在，且電場(chǎng)力是恒力，所以帶電粒子只能做。分析此類問題時(shí)，一般有兩條途徑：（1）_（一般是在勻強(qiáng)電場(chǎng)中）；（2）_（在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中上述方法是最佳選擇）。3.帶電粒子的偏轉(zhuǎn)（限于勻強(qiáng)電場(chǎng)）運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析：帶電粒子以速度垂直于電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，由于電場(chǎng)力方向與粒子的初速方向

2、，且電場(chǎng)力是恒力，所以帶電粒子只能做。粒子偏轉(zhuǎn)問題的分析處理方法類似于平拋運(yùn)動(dòng)的分析處理，即應(yīng)用運(yùn)動(dòng)的合成和分解的知識(shí)方法：沿初速度方向?yàn)閯蛩僦本€運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=_。沿電場(chǎng)力方向?yàn)槌跛俣葹榱愕膭蚣铀僦本€運(yùn)動(dòng)，加速度a=_。離開電場(chǎng)時(shí)的偏移量y=_離開電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角tan=_圖9-14.示波管的結(jié)構(gòu)如圖9-1，示波管主要由、和三部分組成。管內(nèi)抽成，電子槍通電后發(fā)射，電子在電場(chǎng)作用下被加速，然后進(jìn)入電場(chǎng)。偏轉(zhuǎn)電極一般有相互的兩組，一組控制偏轉(zhuǎn)，一組控制偏轉(zhuǎn)。電子經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后打到熒光屏上使熒光粉發(fā)光。二、典型例題A B圖9-2例1如圖9-2所示，在點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn)，將質(zhì)子和粒子分別從

3、A點(diǎn)由靜止釋放，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，它們的速度大小之比是多少？拓展點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)是非勻強(qiáng)電場(chǎng)，帶電粒子在A、B間的運(yùn)動(dòng)不是勻加速運(yùn)動(dòng)，不可能直接通過力和加速度的途徑求解該題。注意到電場(chǎng)力做功WAB=qUAB這一關(guān)系對(duì)勻強(qiáng)電場(chǎng)和非勻強(qiáng)電場(chǎng)都適用后，可直接從能量的觀點(diǎn)入手由動(dòng)能定理來求解該題。試問質(zhì)子和粒子在A、B間任一點(diǎn)處的加速度之比是多少？U1U2圖9-3例2如圖9-3所示，電子在電勢(shì)差為U1的加速電場(chǎng)中由靜止開始運(yùn)動(dòng)，然后射入電勢(shì)差為U2的兩塊平行極板間的偏轉(zhuǎn)勻強(qiáng)電場(chǎng)中，在滿足電子能射出平行極板區(qū)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角變大的是（ ）AU1變大、U2變大BU1變小、U2變大CU

4、1變大、U2變小DU1變小、U2變小AB圖9-4例3兩平行金屬板A、B水平放置，一個(gè)質(zhì)量m=510-6kg的帶電微粒以0=2m/s的水平初速度從兩板正中央位置射入電場(chǎng)，如圖9-4所示，A、B兩板間的距離d=4cm，板長(zhǎng)L=10cm。（）當(dāng)A、B間的電壓UAB=1000V時(shí)，微粒恰好不偏轉(zhuǎn)，沿圖中直線射出電場(chǎng)，求該粒子的電量。（）令B板接地，欲使該微粒射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，求B板所加電勢(shì)的范圍。拓展請(qǐng)確定射出電場(chǎng)的帶電微粒的動(dòng)能值范圍。AB圖9-5例4如圖9-5，某帶電粒子質(zhì)量為m、帶電量為q，僅在電場(chǎng)力作用下以恒定的速率0沿一段圓弧從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，現(xiàn)測(cè)得圓弧AB長(zhǎng)為s，從A到B速度方向轉(zhuǎn)過角，求A、

5、B兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小和A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)差。拓展帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)形式主要有哪些？請(qǐng)從初始條件、受力特征、處理方法等方面進(jìn)行比較分析。三、當(dāng)堂檢測(cè)1、一電子以初速度V0沿垂直場(chǎng)強(qiáng)方向射入兩平行金屬板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，現(xiàn)減小兩板間的電壓，則電子穿越兩平行板所需的時(shí)間（ ）A、隨電壓的減小而減小 B、隨電壓的減小而增大C、與電壓減小與否無關(guān) D、隨兩板間距離的增大而減少2、帶電粒子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后垂直進(jìn)入兩平行金屬板間的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，要使它離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)偏轉(zhuǎn)角增大，可采用的方法有（ ）A、增加帶電粒子的電荷量 B、增加帶電粒子的質(zhì)量C、增高加速電壓 D、增高偏轉(zhuǎn)電壓 3、一束帶有等量電荷量的不同離子從同一

6、點(diǎn)垂直電場(chǎng)線進(jìn)入同一勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，飛離電場(chǎng)后打在熒光屏上的同一點(diǎn)，則（ ）A、離子進(jìn)入電場(chǎng)的初速度相同 B、離子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同C、離子進(jìn)入電場(chǎng)的初動(dòng)能相同 D、以上說法都不對(duì)圖9-64如圖9-6所示，a、b兩個(gè)帶正電的粒子，以相同的速度先后垂直于電場(chǎng)線從同一點(diǎn)進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)后，a粒子打在B板的a點(diǎn)，b粒子打在B板的b點(diǎn)，若不計(jì)重力，則（ ）Aa的電量一定大于b的電量Bb的質(zhì)量一定大于a的質(zhì)量Ca的荷質(zhì)比一定大于b的荷質(zhì)比Db的荷質(zhì)比一定大于a的荷質(zhì)比圖9-75如圖9-7所示，氕、氘、氚的原子核自初速為零經(jīng)同一電場(chǎng)加速后，又經(jīng)同一勻強(qiáng)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，最后打在熒光屏上，那么（ ）A經(jīng)過加

7、速電場(chǎng)過程，氕核所受電場(chǎng)力做的功最多B經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)過程，電場(chǎng)力對(duì)3種核做的功一樣多C3種原子核打在屏上時(shí)的速度一樣大D3種原子核都打在屏上的同一位置上6如圖9-8所示，懸線下掛著一個(gè)帶正電的小球。它的質(zhì)量為m，電量為q，整個(gè)裝置處于水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度為E （ ）圖9-8A小球平衡時(shí)，懸線與豎直方向夾角的正切為B若剪斷懸線，則小球做曲線運(yùn)動(dòng)C若剪斷懸線，則小球做勻速運(yùn)動(dòng)D若剪斷懸線，則小球做勻變速直線運(yùn)動(dòng)7.如圖9-9所示，有三個(gè)質(zhì)量相等，分別帶正電，負(fù)電和不帶電的小球，從上、下帶電平行金屬板間的P點(diǎn).以相同速率垂直電場(chǎng)方向射入電場(chǎng)，它們分別落到A、B、C三點(diǎn)，則（ ）圖9-9A.A

8、帶正電、B不帶電、C帶負(fù)電B.三小球在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等C.在電場(chǎng)中加速度的關(guān)系是aCaBaA D.到達(dá)正極板時(shí)動(dòng)能關(guān)系EAEBECm q圖9-108、如圖9-10所示,有一質(zhì)量為m、帶電量為q的油滴,被置于豎直放置的兩平行金屬板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,設(shè)油滴是從兩板中間位置,并以初速度為零進(jìn)入電場(chǎng)的,可以判定( ).A、油滴在電場(chǎng)中做拋物線運(yùn)動(dòng)B、油滴在電場(chǎng)中做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C、油滴打在極板上的運(yùn)動(dòng)時(shí)間只決定于電場(chǎng)強(qiáng)度和兩板間距離D、油滴打在極板上的運(yùn)動(dòng)時(shí)間不僅決定于電場(chǎng)強(qiáng)度和兩板間距離,還決定于油滴的荷質(zhì)比EdV0V圖9-119.質(zhì)子和粒子以相同的動(dòng)能垂直于電場(chǎng)線方向射入同一個(gè)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，穿過電場(chǎng)后，它們的側(cè)向移動(dòng)的距離之比是 ；所增加的動(dòng)能之比是 .10.如圖9-11所示，勻強(qiáng)電場(chǎng)的寬度為d，電子以速率V0沿垂直于場(chǎng)強(qiáng)方向穿越勻強(qiáng)電場(chǎng)，偏角= 600，電子的電荷量為e，質(zhì)量為m，求：電子在場(chǎng)強(qiáng)方向的側(cè)移；勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小。四、能力提高11 質(zhì)量為m、帶電量為+q的小球從距地面高度為H處以一定的初速度水平拋出，在距拋出點(diǎn)水平距離為L(zhǎng)處，有一根管口比小球直徑略大的豎直細(xì)管，管的上口距地面為H/2，為使小球能無碰撞地通過管子，可在管子上方的整個(gè)區(qū)域加上一個(gè)場(chǎng)強(qiáng)方向水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖9-12所示。求：（1）小球的初速度V0；（2）電場(chǎng)強(qiáng)度E的大?。唬?）小球