9带电粒子在电场中运动

九、带电粒子在电场中的运动一、自主学习在前面学习的基础上，本节学习处理带电粒子在电场中运动的问题。1.微观带电粒子如电子、质子、离子、α粒子等除有说明或有明确暗示外，处理问题时均不计重力；而带电的液滴、小球等除有说明或有明确暗示外，处理问题时均应考虑重力。2.带电粒子沿电场线方向进入匀强电场后，由于电场力方向与粒子的运动方向在，且电场力是恒力，所以带电粒子只能做。分析此类问题时，一般有两条途径：（1）__________________________（一般是在匀强电场中）；（2）__________（在非匀强电场中上述方法是最佳选择）。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0v垂直于电场线方向飞入匀强电场时，由于电场力方向与粒子的初速方向，且电场力是恒力，所以带电粒子只能做。②粒子偏转问题的分析处理方法类似于平抛运动的分析处理，即应用运动的合成和分解的知识方法：沿初速度方向为匀速直线运动，运动时间t=________。沿电场力方向为初速度为零的匀加速直线运动，加速度a=_____________。离开电场时的偏移量y=______________离开电场时的偏转角tanφ=_____________4.示波管的结构如图9-1，示波管主要由、和三部分组成。管内抽成，电子枪通电后发射，电子在电场作用下被加速，然后进入电场。偏转电极一般有相互的两组，一组控制偏转，一组控制偏转。电子经过偏转电场后打到荧光屏上使荧光粉发光。二、典型例题例1如图9-2所示，在点电荷＋Q的电场中有A、B两点，将质子和α粒子分别从A点由静止释放，到达B点时，它们的速度大小之比是多少？拓展点电荷＋Q的电场是非匀强电场，带电粒子在A、B间的运动不是匀加速运动，不可能直接通过力和加速度的途径求解该题。注意到电场力做功WAB=qUAB这一关系对图9-1AB．．图9-2匀强电场和非匀强电场都适用后，可直接从能量的观点入手由动能定理来求解该题。试问质子和α粒子在A、B间任一点处的加速度之比是多少？例2如图9-3所示，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的偏转匀强电场中，在满足电子能射出平行极板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角θ变大的是（）A．U1变大、U2变大B．U1变小、U2变大C．U1变大、U2变小D．U1变小、U2变小例3两平行金属板A、B水平放置，一个质量m=5×10-6kg的带电微粒以υ0=2m/s的水平初速度从两板正中央位置射入电场，如图9-4所示，A、B两板间的距离d=4cm，板长L=10cm。（１）当A、B间的电压UAB=1000V时，微粒恰好不偏转，沿图中直线射出电场，求该粒子的电量。（２）令B板接地，欲使该微粒射出偏转电场，求B板所加电势的范围。拓展请确定射出电场的带电微粒的动能值范围。例4如图9-5，某带电粒子质量为m、带电量为q，仅在电场力作用下以恒定的速率υ0沿一段圆弧从A点运动到B点，现测得圆弧AB长为s，从A到B速度方向转过角θ，求A、B两点的场强大小和A、B两点的电势差。拓展带电粒子在电场中的运动形式主要有哪些？请从初始条件、受力特征、处理方法等方面进行比较分析。三、当堂检测1、一电子以初速度V0沿垂直场强方向射入两平行金属板间的匀强电场中，现减小两板间的电压，则电子穿越两平行板所需的时间（）A、随电压的减小而减小B、随电压的减小而增大C、与电压减小与否无关D、随两板间距离的增大而减少2、带电粒子经加速电场加速后垂直进入两平行金属板间的偏转电场，要使它离开偏转U1U2图9-3AB图9-4ABθ图9-5电场时偏转角增大，可采用的方法有（）A、增加带电粒子的电荷量B、增加带电粒子的质量C、增高加速电压D、增高偏转电压3、一束带有等量电荷量的不同离子从同一点垂直电场线进入同一匀强偏转电场，飞离电场后打在荧光屏上的同一点，则（）A、离子进入电场的初速度相同B、离子在电场中的运动时间相同C、离子进入电场的初动能相同D、以上说法都不对4．如图9-6所示，a、b两个带正电的粒子，以相同的速度先后垂直于电场线从同一点进入平行板间的匀强电场后，a粒子打在B板的a′点，b粒子打在B板的b′点，若不计重力，则（）A．a的电量一定大于b的电量B．b的质量一定大于a的质量C．a的荷质比一定大于b的荷质比D．b的荷质比一定大于a的荷质比5．如图9-7所示，氕、氘、氚的原子核自初速为零经同一电场加速后，又经同一匀强电场偏转，最后打在荧光屏上，那么（）A．经过加速电场过程，氕核所受电场力做的功最多B．经过偏转电场过程，电场力对3种核做的功一样多C．3种原子核打在屏上时的速度一样大D．3种原子核都打在屏上的同一位置上6．如图9-8所示，悬线下挂着一个带正电的小球。它的质量为m，电量为q，整个装置处于水平向右的匀强电场中，电场强度为E（）A．小球平衡时，悬线与竖直方向夹角的正切为mgEqB．若剪断悬线，则小球做曲线运动C．若剪断悬线，则小球做匀速运动D．若剪断悬线，则小球做匀变速直线运动7.如图9-9所示，有三个质量相等，分别带正电，负电和不带电的小球，从上、下带电平行金属板间的P点.以相同速率垂直电场方向射入电场，它们分别落到A、B、C三点，则（）A.A带正电、B不带电、C带负电B.三小球在电场中运动时间相等C.在电场中加速度的关系是aCaBaAD.到达正极板时动能关系EAEBEC图9-6图9-7图9-8图9-98、如图9-10所示,有一质量为m、带电量为q的油滴,被置于竖直放置的两平行金属板间的匀强电场中,设油滴是从两板中间位置,并以初速度为零进入电场的,可以判定().A、油滴在电场中做抛物线运动B、油滴在电场中做匀加速直线运动C、油滴打在极板上的运动时间只决定于电场强度和两板间距离D、油滴打在极板上的运动时间不仅决定于电场强度和两板间距离,还决定于油滴的荷质比9.质子和α粒子以相同的动能垂直于电场线方向射入同一个偏转电场，穿过电场后，它们的侧向移动的距离之比是；所增加的动能之比是.10.如图9-11所示，匀强电场的宽度为d，电子以速率V0沿垂直于场强方向穿越匀强电场，偏角θ=600，电子的电荷量为－e，质量为m，求：⑴电子在场强方向的侧移；⑵匀强电场的场强大小。四、能力提高11质量为m、带电量为+q的小球从距地面高度为H处以一定的初速度水平抛出，在距抛出点水平距离为L处，有一根管口比小球直径略大的竖直细管，管的上口距地面为H/2，为使小球能无碰撞地通过管子，可在管子上方．．的整个区域加上一个场强方向水平向左的匀强电场，如图9-12所示。求：（1）小球的初速度V0；（2）电场强度E的大小；（3）小球落地时的动能。mq＋－图9-10EdV0Vθ图9-11参考答案：典型例题：例1、例2、B。例3、（1）２×１０－９C，（2）600VφA2600V。例4、E=mθυ02/qs，0.当堂检测：1、C2、D3、C4．C5．B、D6．A、D7.AC8、BD9.1:21:410、（1）d23；（2）edmV203能力提高：11、HgLV20，qHmgLE2mgHEK图9-121/2