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1、带电粒子在电磁场中的运动带电粒子在电磁场中的运动一：带电粒子在电场中的运动一：带电粒子在电场中的运动1、由于对平抛运动规律、牛顿运动规律、匀变速运动规律的理解不深切，导致研究、由于对平抛运动规律、牛顿运动规律、匀变速运动规律的理解不深切，导致研究 带电粒子在电场中的运动规律时，形成已有知识的带电粒子在电场中的运动规律时，形成已有知识的负迁移负迁移和和前摄抑制前摄抑制 ，出现了新旧，出现了新旧 知识的干扰和混淆。知识的干扰和混淆。 2、围绕、围绕电场电场 、 带电粒子带电粒子问题中的力学知识（如：库仑定律、电场强度、电场力、问题中的力学知识（如：库仑定律、电场强度、电场力、 电场线）与能量知识（
2、如：电势、电势能、电势差、等势面、电势能的变化、电场力的功）电场线）与能量知识（如：电势、电势能、电势差、等势面、电势能的变化、电场力的功） 模糊混淆导致了认知的困难。模糊混淆导致了认知的困难。 3、在解答、在解答“带电粒子在匀强电场中运动带电粒子在匀强电场中运动”的问题时，常常因能否忽略带电粒子所受的的问题时，常常因能否忽略带电粒子所受的 重力而导致错误。重力而导致错误。 4 4、对物理知识掌握不全，应用数学处理物理问题的能力、综合分析能力不达标导致解、对物理知识掌握不全，应用数学处理物理问题的能力、综合分析能力不达标导致解 题的困难。题的困难。专题专题 1 1：带电粒子的加速：带电粒子的加
3、速例例 1 1：如图：如图 1 1 所示，带电粒子在电场中的加速：在真空中有一对平行金属板，所示，带电粒子在电场中的加速：在真空中有一对平行金属板， 两板间加以电压两板间加以电压 U U，两板间有一个带正电荷，两板间有一个带正电荷 q q 的带电粒子，它在电场力的作用的带电粒子，它在电场力的作用 下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负极板时的速度有多大？（不考下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负极板时的速度有多大？（不考 虑带电粒子的重力）虑带电粒子的重力）变式：下列粒子从初速度为零的状态经过加速电压为变式：下列粒子从初速度为零的状态经过加速电压为 U 的电场之后，哪种粒子的电场之后
4、，哪种粒子 的速度最大？的速度最大？（A）a 粒子粒子（B）氚核）氚核（C）质子）质子（D）钠离子）钠离子 aN练练:1：如图所示，两块水平放置的平行金属板：如图所示，两块水平放置的平行金属板 M、N，相距为，相距为 d，组成一个电容，组成一个电容 为为 C 的平行板电容器，的平行板电容器，M 板接地，板接地，M 板的正中央有一小孔板的正中央有一小孔 B。从。从 B 孔正上方孔正上方 h 处的处的 A 点，由静止一滴一滴地滴下质量为点，由静止一滴一滴地滴下质量为 m、电量为、电量为 q 的带电油滴，油滴穿的带电油滴，油滴穿 过过 B 孔后落到孔后落到 N 板，把全部电量传给板，把全部电量传给
5、N 板，若不计空气阻力及板外电场：问：板，若不计空气阻力及板外电场：问：（1）第几滴油滴将在）第几滴油滴将在 M、N 板间作匀速直线运动？板间作匀速直线运动？（2）能达到）能达到 N 板的液滴不会超过多少滴？板的液滴不会超过多少滴？练习练习 2：如图如图 8-2 所示，真空中相距所示，真空中相距 d=5 cm 的两块平行金属板的两块平行金属板 A、B 与电源连与电源连 接接(图中未画出图中未画出)，其中，其中 B 板接地（电势为零）板接地（电势为零）,A 板电势变化的规律如图板电势变化的规律如图 8-3 所所图 1图 8-2图 8-3示示.将一个质量将一个质量 m=2.010-23 kg,电量
6、电量 q=+1.610-1C 的带电粒子从紧临的带电粒子从紧临 B 板处释板处释 放，不计重力放，不计重力.求：求： (1)在在 t=0 时刻释放该带电粒子，释放瞬间粒子加速度的大小时刻释放该带电粒子，释放瞬间粒子加速度的大小; (2)若若 A 板电势变化周期板电势变化周期 T=1.010-5 s,在在 t=0 时将带电粒子从紧临时将带电粒子从紧临 B 板处无初板处无初 速释放，粒子到达速释放，粒子到达 A 板时动量的大小；板时动量的大小；(3)A 板电势变化频率多大时，在板电势变化频率多大时，在 t=到到 t=时间内从紧临时间内从紧临 B 板处无初速释放板处无初速释放4T 2T该带电粒子，粒
7、子不能到达该带电粒子，粒子不能到达 A 板板.专题专题 2：带电粒子的偏转（限于匀强电场）：带电粒子的偏转（限于匀强电场）1.1.运动状态分析：带电粒子以速度运动状态分析：带电粒子以速度 V V0 0垂直电场线方向飞入匀强电场时，受垂直电场线方向飞入匀强电场时，受 到恒定的与初速度方向成到恒定的与初速度方向成 90900 0角的电场力作用而做匀变速曲线运动。角的电场力作用而做匀变速曲线运动。 2.2.偏转问题的分析处理方法：类似平抛运动的分析处理，应用运动的合成偏转问题的分析处理方法：类似平抛运动的分析处理，应用运动的合成 和分解知识分析处理。和分解知识分析处理。 （1 1）垂直电场方向的分运
8、动为匀速直线运动：）垂直电场方向的分运动为匀速直线运动：t=L/Vt=L/V0 0；v vx x=v=v0 0 ；x=vx=v0 0t t（2 2）平行于电场方向是初速为零的匀加速运动：）平行于电场方向是初速为零的匀加速运动：v vy y=at=at ,y=,y= atat2 2 1 1 2 2例题：如图例题：如图 2 2 所示，一束带电粒子（不计重力）所示，一束带电粒子（不计重力） ，垂直，垂直 电场线方向进入偏转电场，试讨论在以下情况下，粒电场线方向进入偏转电场，试讨论在以下情况下，粒 子应具备什么条件才能得到相同的偏转距离子应具备什么条件才能得到相同的偏转距离 y y 和偏转和偏转 角度
9、角度 （U U、d d、L L 保持不变）保持不变） 。 （1 1）进入偏转电场的速度相同；）进入偏转电场的速度相同； （2 2）进入偏转电场的动能相同；）进入偏转电场的动能相同； （3 3）进入偏转电场的动量相同；）进入偏转电场的动量相同； （4 4）先由同一加速电场加速后，再进入偏转电场。）先由同一加速电场加速后，再进入偏转电场。变式：变式：如图所示为示波管的工作原理图，电子由静止出发经过加速电场，再经如图所示为示波管的工作原理图，电子由静止出发经过加速电场，再经偏转电场后打在屏幕上的偏转电场后打在屏幕上的 P 点，其中加速电压点，其中加速电压 u1，偏转电压，偏转电压 u2，偏转极板长，
10、偏转极板长 L，相距，相距 d，屏幕距偏转极板右端，屏幕距偏转极板右端 S。电子质量。电子质量 m，电量，电量 e。（重力不计）。求：。（重力不计）。求：（1）电子离开加速电场时速度大小；）电子离开加速电场时速度大小；（2）电子离开偏转电场时侧位移大小；）电子离开偏转电场时侧位移大小；（3）屏幕上）屏幕上 P 点距中心点点距中心点 O 的距离。的距离。专题专题 3：示波管原理：示波管原理1构造及功能图 2图 8-2（）电子枪：发射并加速电子 （）偏转电极：使电子束竖直偏转（加信号电压） 偏转电极：使电子束水平偏转（加扫描电压） （3）荧光屏 2原理：作用：被电子枪加速的电子在电场中做匀变速曲线
11、运动，出电 1场后做匀速直线运动打到荧光屏上，由几何知识，可以导出偏移22Lly Ly 。2 0()tan()22LqlLyllUmV d若信号电压 U=Umaxsin wt，y=maxsin wt=y maxsin wt.2 0()2qlLlUmV dy随信号电压同步调变化,但由于视觉暂留及荧光物质的残光特性看到一条竖直亮线. 加扫描电压可使这一竖直亮线转化成正弦图形。XX的作用:与上同理,如果只在偏转电极 XX上加电压,亮斑就在水平方向发生偏移,加 2上扫描电压,一周期内,信号电压也变化一周期,荧光屏将出现一完整的正弦图形. 例题：如图例题：如图 3 所示，是一个示波管工作原理图，电子经加
12、速以后以速度所示，是一个示波管工作原理图，电子经加速以后以速度 V0垂直垂直 进入偏转电场，离开电场时偏转量是进入偏转电场，离开电场时偏转量是 h，两平行板间的距离为，两平行板间的距离为 d，电势差为，电势差为 U， 板长为板长为 L.每单位电压引起的偏移量（每单位电压引起的偏移量（h/U）叫做示波管的灵敏）叫做示波管的灵敏 度，为了提高灵敏度，可采用下列哪些办法？度，为了提高灵敏度，可采用下列哪些办法？ （ ） A. 增大两板间的电势差增大两板间的电势差 U B. 尽可能使板长尽可能使板长 L 做得短些做得短些 C. 尽可能使两板间距离尽可能使两板间距离 d 减小些减小些 D. 使电子入射速
13、度使电子入射速度 V0大些大些 专题专题 4:4:根据运动轨迹分析有关问题根据运动轨迹分析有关问题例题：在图例题：在图 4 4 甲中，虚线表示真空里一点电荷甲中，虚线表示真空里一点电荷 Q Q 的电场中的两个等势面，实线的电场中的两个等势面，实线 表示一个带负电表示一个带负电 q q 的粒子运动的路径，不考虑粒子的重的粒子运动的路径，不考虑粒子的重 力，请判定力，请判定 （）是什么电荷？（）是什么电荷？ （）三点电势的大小关系；（）三点电势的大小关系； （）三点场强的大小关系；（）三点场强的大小关系； （）该粒子在三点动能的大小关系。（）该粒子在三点动能的大小关系。变式：变式： 在图在图 5
14、中中 a、b 和和 c 表示点电荷表示点电荷 a 的的电场中的三电场中的三dLh图 3图 4图图 5个等势面，它们的电势分别为个等势面，它们的电势分别为 U、U、U。一带电粒子从等势面。一带电粒子从等势面 a 上某处由上某处由32 41静止释放后，仅受电场力作用而运动，已知它经过等势面静止释放后，仅受电场力作用而运动，已知它经过等势面 b 时的速率为时的速率为 v，则，则 它经过等势面它经过等势面 c 的速率为的速率为 。专题专题 5 5：考虑受重力或其它恒力作用时的带电物体的运动问题：考虑受重力或其它恒力作用时的带电物体的运动问题若带电微粒除受电场力作用外，还受到重力或其它恒力作用，同样要分
15、解成两个不同方 向的简单的直线运动来处理。例题：质量例题：质量 m=0.1gm=0.1g，带电荷量，带电荷量1010-7-7C C 的带电微粒以的带电微粒以 v v0 0=10m/s=10m/s 的速度的速度 从水平放置的平行金属板从水平放置的平行金属板 A A、B B 的中央飞入板间，如图的中央飞入板间，如图 6 6 所示，已知板长所示，已知板长 L=1.0mL=1.0m，板间距离，板间距离 d=0.06md=0.06m，当，当 U UABAB=10=103 3伏时，带电粒子恰好沿直线穿过板间，伏时，带电粒子恰好沿直线穿过板间， 则则 ABAB 间所加电压在什么范围内带电粒子能从板间飞出？间所加电压在什么范围内带电粒子能从板间飞出？ 变式：如图变式：如图 7 7 所示，水平放置的所示，水平放置的 A A、B B 两平行板相距两平行板相距 h h，有一质量为，有一质量为 m m，带电量，带电量 为为+q+q 的小球在的小球在 B B 板之下板之下 H H 处以处以 v v0 0初速度竖直向上进入两板间，欲使小球恰好打初速度竖直向上进入两板间，欲使小球恰好打 到到 A A 处，试讨论处，试讨论 A A、B B 板间的电势差是多少？板间的电势差是多少？练习练习 1：如图：如图 8 所示：在方向水平向右的匀强电场中，一不可伸长的不导电细所示
