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文檔簡介
1.9帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)
【課前準(zhǔn)備】帶電的基本粒子:如電子,質(zhì)子,α粒子,正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和電場力相比小得多,除非有說明或明確的暗示以外,一般都不考慮重力。(忽略粒子的重力并不是忽略粒子的質(zhì)量)
帶電微粒:如帶電小球、液滴、油滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外,一般都考慮重力。
某些帶電體是否考慮重力,要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來判定?!局R(shí)介紹】帶電粒子在電場中最簡單的運(yùn)動(dòng)模型:1、直線加速:電場力產(chǎn)生加速度,且加速度的方向與速度方向在同一直線上。2、曲線偏轉(zhuǎn):電場力產(chǎn)生加速度,但加速度的方向與速度方向不在同一直線上。如圖所示,在真空中有一對(duì)平行金屬板,兩板間加以電壓U。兩板間有一帶正電荷q的帶電粒子。它在電場力的作用下,由靜止開始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng),到達(dá)負(fù)板時(shí)的速度有多大?(不考慮粒子的重力)qUm+_帶電粒子的加速d一、帶電粒子的加速1、受力分析:
水平向右的電場力
F=Eq=qU/d2、運(yùn)動(dòng)分析:初速度為零,加速度為a=qU/md的向右勻加速直線運(yùn)動(dòng)。F如圖所示,在真空中有一對(duì)平行金屬板,兩板間加以電壓U。兩板間有一帶正電荷q的帶電粒子。它在電場力的作用下,由靜止開始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng),到達(dá)負(fù)板時(shí)的速度有多大?(不考慮粒子的重力)qUm+_帶電粒子的加速d一、帶電粒子的加速F解法一運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解如圖所示,在真空中有一對(duì)平行金屬板,兩板間加以電壓U。兩板間有一帶正電荷q的帶電粒子。它在電場力的作用下,由靜止開始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng),到達(dá)負(fù)板時(shí)的速度有多大?(不考慮粒子的重力)qUm+_帶電粒子的加速d一、帶電粒子的加速F解法二運(yùn)用能量知識(shí)求解
如兩極板間不是勻強(qiáng)電場該用何種方法求解?為什么?
由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān),與運(yùn)動(dòng)路徑也無關(guān),第二種方法仍適用!思考:若粒子的初速度為零,則:若粒子的初速度不為零,則:
例題1:熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在金屬絲和金屬板間加以電壓U=2500V,發(fā)射出的電子在真空中被加速后,從金屬板的小孔穿出。電子射出后的速度有多大?設(shè)電子剛從金屬絲射出時(shí)的速度為零。解:電子電荷量為e,根據(jù)動(dòng)能定理可得
結(jié)論:
由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān),與運(yùn)動(dòng)路徑也無關(guān),所以在處理電場對(duì)帶電粒子的加速問題時(shí),一般都是利用動(dòng)能定理進(jìn)行處理。如圖所示,在真空中水平放置一對(duì)金屬板Y和Y’,板間距離為d。在兩板間加以電壓U,一電荷量為q質(zhì)量為m的帶電粒子從極板中央以水平速度v0射入電場。試分析帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)情況。(不計(jì)粒子的重力)二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)1、受力分析:2、運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析:粒子受到豎直向下的電場力F=Eq=qU/d粒子作類平拋運(yùn)動(dòng)。UL++++++------Y
dY′
v0qUL++++++------Y
dY′
v0qx方向:勻速直線運(yùn)動(dòng)Y方向:初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)v0y離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角:離開電場時(shí)偏轉(zhuǎn)量:思考題:如果把末速度反向延長與圖中的虛線相交,交點(diǎn)的位置有什么特點(diǎn)?vvyΦ
解:電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場后,在豎直方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng).加速度所以偏移距離所以偏移角度粒子在與電場平行的方向上做
初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng)結(jié)論:帶電粒子初速度垂直于電場方向飛入勻強(qiáng)電場的問題就是一個(gè)類平拋的問題粒子在與電場垂直的方向上做
勻速直線運(yùn)動(dòng)
讓質(zhì)子、、的混合物沿著與電場垂直的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場偏轉(zhuǎn),要使它們的偏轉(zhuǎn)角相同,則這些粒子必須具有相同的()A.初速度B.初動(dòng)能C.初動(dòng)量D.質(zhì)量B
三個(gè)α粒子在同一地點(diǎn)沿同一方向垂直飛入同一偏轉(zhuǎn)電場,出現(xiàn)了如圖所示的軌跡,由此可以判斷()A.在b飛離電場的同時(shí),a剛好打在其極板上B.b和c同時(shí)飛離電場C.進(jìn)入電場時(shí),c的速度最大,a的速度最小D.動(dòng)能的增加值c最小,a和b一樣大ACDabc
如圖所示,相距為d長度為l的平行板AB加上電壓后,可在A、B之間的空間中產(chǎn)生電場,在A、B左端距AB等距離處的O點(diǎn),有一電量為+q質(zhì)量為m的粒子以初速度V0沿水平方向(與A、B板平行)射入.不計(jì)重力,要使此粒子能從C處射出,則A、B間的電壓應(yīng)為()A.B.C.D.AVo++++++++--------dABOC
如圖所示,兩極板與電源相連接,電子從負(fù)極板邊緣垂直電場方向射入勻強(qiáng)電場,且恰好從正極板邊緣飛出,現(xiàn)在使電子射入速度變?yōu)樵瓉淼膬杀?而電子仍從原來位置射入,且仍從正極板邊緣飛出,則兩極板間距離就變?yōu)樵瓉淼?)A.2倍B.4倍C.倍D.倍CUVo小結(jié)1.受力分析.(1)對(duì)于電子、質(zhì)子、離子、α粒子等,一般不考慮重力;(2)對(duì)于帶電的顆粒,帶電小球、液滴、油滴、塵埃等
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