帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)講解與習(xí)題[含答案](存儲(chǔ)版)
【正文】 勻強(qiáng)電場(chǎng)中，帶電粒子受到的電場(chǎng)力是變力，解決這類問題可以用動(dòng)能定理求解．在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，帶電粒子受到的是恒力，若帶電粒子初速度為零或初速度方向平行于電場(chǎng)方向，帶電粒子將做勻變速直線運(yùn)動(dòng)；若帶電粒子初速度方向垂直于電場(chǎng)方向，帶電粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解， (2)帶電小球、帶電微粒(重力不能忽略)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，由于帶電小球、帶電微?？梢暈橘|(zhì)點(diǎn)，同時(shí)受到重力和電場(chǎng)力的作用，其運(yùn)動(dòng)情況由重力和電場(chǎng)力共同決定．又因?yàn)橹亓碗妶?chǎng)力都是恒力，其做功特點(diǎn)一樣，常將帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)環(huán)境想象成一等效場(chǎng)，等效場(chǎng)的大小和方向由重力場(chǎng)和電場(chǎng)共同決定．例2兩平行金屬板相距為d，電勢(shì)差為U，一電子質(zhì)量為m，電荷量為e，從O點(diǎn)沿垂直于極板的方向射出，最遠(yuǎn)到達(dá)A點(diǎn)，然后返回，如圖1—8—3所示，OA＝h，此電子具有的初動(dòng)能是 ( )A． B．edUh C． D． 解析：電子從O點(diǎn)到A點(diǎn)，因受電場(chǎng)力作用，速度逐漸減小，根據(jù)題意和圖示可知，電子僅受電場(chǎng)力，由能量關(guān)系：，又E＝U／d，所以 . 故D正確．點(diǎn)評(píng)：應(yīng)用電場(chǎng)力做功與電勢(shì)差的關(guān)系，結(jié)合動(dòng)能定理即可解答本題．例3一束質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子以平行于兩極板的速度v0進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖1—8—4所示．如果兩極板間電壓為U，兩極板間的距離為d、板長(zhǎng)為L(zhǎng)．設(shè)粒子束不會(huì)擊中極板，則粒子從進(jìn)入電場(chǎng)到飛出極板時(shí)電勢(shì)能的變化量為 ．(粒子的重力忽略不計(jì))分析：帶電粒子在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在豎直方向做勻加速運(yùn)動(dòng)．電場(chǎng)力做功導(dǎo)致電勢(shì)能的改變．圖1—8—4解析：水平方向勻速，則運(yùn)動(dòng)時(shí)間t ＝L/ v0 ①豎直方向加速，則側(cè)移 ②且 ③由①②③得則電場(chǎng)力做功由功能原理得電勢(shì)能減少了例4如圖1—8－5所示，離子發(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為m，電荷量為q的離子，從靜止經(jīng)加速電壓U1加速后，獲得速度，并沿垂直于電場(chǎng)線方向射入兩平行板中央，受偏轉(zhuǎn)電壓U2作用后，以速度離開電場(chǎng)，已知平行板長(zhǎng)為，兩板間距離為d，求： 圖1—8－5①的大??；②離子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間；③離子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力的大小F；④離子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中的加速度；⑤離子在離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的橫向速度；⑥離子在離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的速度的大小；⑦離子在離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的橫向偏移量y；⑧離子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角θ的正切值tgθ解析：①不管加速電場(chǎng)是不是勻強(qiáng)電場(chǎng)，W＝qU都適用，所以由動(dòng)能定理得： ②由于偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)，所以離子的運(yùn)動(dòng)類似平拋運(yùn)動(dòng)． 即：水平方向?yàn)樗俣葹関0的勻速直線運(yùn)動(dòng)，豎直方向?yàn)槌跛俣葹榱愕膭蚣铀僦本€運(yùn)動(dòng)．∴在水平方向③ F=qE=④⑤⑥⑦（和帶電粒子q、m無關(guān)，只取決于加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)）解題的一般步驟是： (1)根據(jù)題目描述的物理現(xiàn)象和物理過程以及要回答問題，確定出研究對(duì)象和過程．并選擇出“某個(gè)狀態(tài)”和反映該狀態(tài)的某些“參量”，寫出這些參量間的關(guān)系式． (2)依據(jù)題目所給的條件，選用有關(guān)的物理規(guī)律，列出方程或方程組，運(yùn)用數(shù)學(xué)工具，對(duì)參量間的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行邏輯推理，得出有關(guān)的計(jì)算表達(dá)式． (3)對(duì)表達(dá)式中的已知量、
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