带电粒子在电场中的偏转

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1、基本规律1、带电粒子的平衡粒子在电场中静止; 粒子在电场中做匀速直线运动;处理方法: 二力平衡 即 mg=qE研究此类问题的思路:(1)力和运动的关系-牛顿第二定律; (2)功和能的关系-动能定理;2、带电粒子的加速(1)运动状态分析:运动方向与电场力方向一致。 (2)功能观点分析:粒子动能变化量等于电势能的变化量。处理方法:例1、如图,水平放置的A、B两平行板相距h,上板A带正电 ,现有质量为m、带电量为+q的小球在B板下方距离为H处, 以初速v0竖直向上从B板小孔进入板间电场,欲使小球刚好打 到A板,A、B间电势差UAB应为多大?hH v0AB解析:小球在B下方只受重力作用,做竖直上抛运动

2、;进入电 场受向下的电场力和重力作用,做匀减速直线运动。第一过程:第二过程:解方程得:例1、如图,水平放置的A、B两平行板相距h,上板A带正电 ,现有质量为m、带电量为+q的小球在B板下方距离为H处, 以初速v0竖直向上从B板小孔进入板间电场,欲使小球刚好打 到A板,A、B间电势差UAB应为多大?hH v0AB解法2:将动能定理用于全过程,重力和电场力都做负功,则 由 W=EK 得:整理得:例2、如图,带负电的小球静止在水平放置的平行板电容器 两板间,距下板0.8厘米,两板间的电势差为300伏,如果两板 间的电势差减小到60伏,则带电小球运动到极板上需多少时间 ?hd解析:以小球为研究对象,电

3、势差U1=300V时, 小球平衡;mg=qU1/d当U2=60V时,小球向下做匀加速直线运动;mg-qU2/d=ma由 h=at2/2 求出时间 t 。3、带电粒子的偏转(限于匀强电场)(1)运动状态分析:带电粒子以速度V0垂直于电场线方向进入匀强电场,受到与 初速度垂直的恒定的电场力作用,而做匀变速曲线运动。( 轨迹为抛物线)(2)处理方法:沿初速度方向为速度为V0的匀速直线运动 ; 沿电场力方向为初速度为零的匀加速直 线运动;v0Ld(3)基本公式加速度:运动时间:离开电场的偏转量:偏转角:说明: 注意粒子的重力是否可 以忽略; 注意由能量角度分析确定 粒子初、末位置的电势差即 Uy=yU

4、/d; 由y=tg的表达式可以推 出:将粒子速度方向反向延 长,必通过偏转电场的中点 ,即 y=l/2tg。 由tg的表达式可知:同性 质的带电粒子在同一加速电 场中射入同一偏转电场,射 出方向一致,与粒子无关。v0Ld例3、如图,A、B两个带电质点(不计重力),qa:qb=3:1, 它们以相同的初速度垂直于场强方向进入电场,A质点落在N板 中点,B质点落在N板的边缘,则: (1)A、B两质点质量之比; (2)A、B两质点动能增量之比; (3)A、B两质点动量增量之比;解析:(1)由a、x、y推出m,从而推出比值;(2)由质点垂直方向上的速度比和质量比的乘积得出动能的比;或直接由电场力所做的功

5、等于动能的增量求得 ;(3)由垂直方向上速度比与质量比的乘积得出;(3/4)(3/1) (3/2)+- - - - - - - - - - - MNv0AB例4、一束电子流经U=500V的加速电压加速后,在距两极板等 距处垂直进入匀强电场, 若两板间d=1.0cm, 板长L=5.0cm, 那么要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加多大的 电压?Uv0Ld解析: 加速过程由动能定理求出加速后 的速度;进入偏转电场后求出偏转距离;根据能飞出的条件yd/2得出 所加电压的大小。4、带电粒子在电场中先加速后偏转例5、如图, 在方向水平的匀强电场中,一不可伸长的细线一端 连着一个质量为m的小球,

6、另一端固定在O点,把小球拉起至细 线与场强平行,然后无初速度释放,已知小球摆到最底点的另一 侧,线与竖直方向的最大夹角为,求小球经过最底点时细线对 小球的拉力。1、有两个带电小球m1和m2,带电量分别为+Q1和 +Q2,沿同一直线相向运动,当它们相距r时,速率分 别为v1和v2,电势能为E,在整个运动过程中电势能的 最大值为多少?提示:总动能与电势能之和守恒,两小球最接近时速度 相等,动能最小,电势能最大。练习:2、如图:在xoy平面以下区域为匀强电场,场强为E , 方向竖直向上,在xoy以上无电场,有一质量为m的 带电量为+q的小球从离xoy上方高为h处自由下落, 然后进入电场。设qEm,求: (1)小球下落到最低处的z坐标值。 (2)小球完成一次周期性运动所需的时间。zyxohE3、如图所示,平行板内的电场强度E已知,一带电的小 球用长为L的细绳固定于O点,小球质量为m电量为+q ,问小球刚好通过点,竖直向下的初速度为多少? E

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