帶電粒子在電場中加速與偏轉_第1頁
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文檔簡介

1、用動能定理計算:帶電粒子在電場中通過電勢差為可以方便的由牛頓第二定律以及勻變UAb的兩點時動能的變化是帶電粒子在電場中的加速和偏轉(1) 帶電粒子在勻強電場中運動的計算方法用牛頓第二定律計算: 帶電粒子受到恒力的作用, 速直線運動的公式進行計算。如圖真空中有一對平行金屬板,間距為d,接在電壓為U的電源上,質量為 m電量為q的正電荷穿過正極板上的小孔以V。進入電場,到達負極板時從負極板上正對的小孔穿出。不計重力,求:正電荷穿出時的速度v是多大?fl|丨解法一、動力學由牛頓第二定律:F qE qU a =由運動學知識:聯立解得:2 2v vo =2ad 解法二、由動能定理解得知識點二:帶電粒子在電

2、場中的偏轉(1)帶電粒子在勻強電場中的偏轉高中階段定量計算的是,帶電粒子與電場線垂直地進入勻強電場或進入平行板電容器之 間的勻強電場。如圖所示:(2 )粒子在偏轉電場中的運動性質受到恒力的作用,初速度與電場力垂直, 做類平拋運動:在垂直于電場方向做勻速直線 運動;在平行于電場方向做初速度為零的勻加速直線運動。偏轉電場強度:,呂d粒子的加速度:% md粒子在偏轉電場中運動時間:/ = -(U為偏轉電壓,d為兩板間的距離,L為偏轉電場的寬度(或者是平行板的長度),Vo為經加速電場后粒子進入偏轉電場時的初速度。)(3)帶電粒子離開電場時垂直電場線方向的速度卜I沿電場線方向的速度是合速度大小是:離開電

3、場時沿電場線方向發生的位移偏轉角度也可以由邊長的比來表示,過出射點沿速度方向做反向延長線,交入射方向與 點Q如圖:設Q點到出射板邊緣的水平距離為tan =L1處沿直線飛X,則即帶電粒子離開平行板電場邊緣時,都是好像從金屬板間中心線的中點 出的,這個結論可直接引用。知識點三:帶電粒子在電場中的加速與偏轉問題的綜合如圖所示,一個質量為 m帶電量為q的粒子,由靜止開始,先經過電壓為U的電場加速后,再垂直于電場方向射入兩平行金屬板間的勻強電場中,兩金屬板板長為.,間距為d, 板間電壓為U2。W I 訶ou21粒子射出兩金屬板間時偏轉的距離yq、m無關,只取主要由電子槍、豎直偏轉電極電子槍只是用來發射和

4、加速電子。在XX/、Y都沒有電壓時,在熒光屏中心處產生f,合力向左,物體向左做勻 加速直線運動,與墻碰撞后,向右做勻減速運動,速度減為零后,又會向左做勻加速直線運動,直到與墻碰撞,重復多次以上過程。由于摩擦力總是做負功,物體總能量不斷損失,直到最后停止。解析:物體停止時,必須滿足兩個條件: 速度為零和物體所受合力為零,物體只有停在 0點才能滿足上述條件。因為電場力做功與路徑無關,所以:Wa= qEx。根據動能定理:qExo fs = 0-my2/ 2所以:s= (2qEx o+mvo) / 2f總結升華:電場力做功與路徑無關,摩擦力做功與路徑有關。類型二:帶電粒子在電場中的偏轉2、如圖所示,平

5、行實線代表電場線,但未標明方向,帶電量 C的正電荷微粒只受電場力作用,由A點移到B點,動能損失0.1J,若A點電勢為一10V, 9:()A. B點電勢為零B.電場線方向向左C微粒運動的軌跡可能是“1 ”D.微粒運動的軌跡可能是“ 2”解析:根據曲線運動的合外力指向曲線凹的一側知道,如果帶電粒子沿著軌跡“1”從A運動到B,電場力的方向一定是沿電場線向左的,可見合外力的方向和速度的方向(軌跡切線方向)夾鈍角,帶電粒子做減速運動,它在 A點的動能一定大于它在 B點的動能。由能 量守恒知,帶電粒子在 A點的電勢能也一定小于它在 B點的電勢能,帶電粒子從 A運動到B 的過程電場力一定做負功。 又因為移動

6、的電荷是一個正電荷,所以一定是從低電勢到達高電勢,即B點的電勢高于A的電勢。而題設條件恰好是帶電粒子從 A運動到B動能損失了,與我們的假設一致,所以C選項正確,正電荷受到的力向左,電場強度也一定是向左的,B選項正確。由動能定理得 % = ?-如=呵 ,所以旳%*?選項A正確。答案:ABC總結升華:在分析帶電粒子的加速和偏轉的時候,應該把曲線運動的條件、 動能定理以 及能的轉化和守恒定律結合起來進行。3、如圖所示,水平放置的平行金屬板的板長.=4cm,板間勻強電場的場強 E= 104N/C,一束電子以初速度 w = 2X 107 m/s沿兩板中線垂直電場進入板間,從板的中間到豎立的熒光屏的距離L= 20 cm,求電子打在熒光屏上的光點 A偏離熒光屏中心的距離 Y?(電子的比荷- = L76xlOnC/ig )-A思路點撥:可以將帶電粒子的運動分成兩個階段, 第一個階段是在電場內, 它偏轉的距離為 y;第二個階段是在電場外,粒子以 v做勻速直線運動,相當于在水平方向以 vo勻速運動與豎直方向以vy的速度勻速運動的合運動,再求出偏轉距離 第二種分析方法是利用 “帶電粒子離開平行板電場邊緣時,/點處沿直線飛出的”這個結論,解題比較簡便。y /。整個的偏轉距離 Y=y+y/都是

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