1、带电粒子在电场中的运动 回顾：1、电场的力的性质：E=F/q2、电场的能的性质：E p= q WAB=UABq3、是否考虑重力基本粒子:如电子、质子、 粒子、离子等除有说明或明确的暗示外, 一般不考虑重力.带电颗粒: 如液滴、油滴、尘埃、小球等 ,除有说明或明确暗示外 ,一般都不能忽略重力.一、带电粒子在电场中的加速如图，不计重力，分析粒子由 A 板运动到 B 板时的速度多大。、动力学方法： 由牛顿第二定律：由运动学公式：问：若初速度不为零，则表达式怎么样？问：上面的表达适用于匀强电场，若是非匀强电场呢？2、动能定理： 由动能定理：总结：动能定理只考虑始末状态，不涉及中间过程，使用起来比较方便
2、简单。例题1、下列粒子由静止经加速电压为 U 的电场加速后，哪种粒子动能最大（ ） 哪种粒子速度最大 （ ）A、质子 B、电子 C、氘核 D、氦核 过度：以上是带电粒子在电场中的加速，研究的是直线运动的情况，下面我们来研究带电粒子在电场中做曲线运动的情况。二、带电粒子在电场中的偏转如图，平行两个电极板间距为 d，板长为 l，板间电压为 U，初速度为 v0的带电粒子质量为 m，带电量为 q分析带电粒子的运动情况：假设粒子成功飞出(重力不计)引导：分析粒子进入电场后的受力情况和运动情况，从而得出粒子 在电场中做类平抛运动学生活动：类比平抛运动的规律，分析粒子在电场中的侧移距离和偏转角度侧移量： 偏
3、转角：A BUdE+ Fvq、mmFaqEdUv20adv2qU20qU2021mvq20vmqUv引导学生分析:侧移量和偏转角与哪些因素有关。例题3、三个电子在同一地点沿、同一直线垂直飞入偏转电场，如图所示。则由此可判断（ ） A、 b 和 c 同时飞离电场B、在 b 飞离电场的瞬间，a 刚好打在下极板上C、进入电场时，c 速度最大， a 速度最小D、c 的动能增量最小，a 和 b 的动能增量一样大过度：通过以上的学习，我们掌握了带电粒子在电场中的加速和偏转过程，若带电粒子既经过了加速又经过了偏转，结果会怎样呢？例题4、如图所示，有一电子(电量为 e、质量为 m)经电压 U0 加速后，沿平行
4、金属板 A、B 中心线进入两板，A、B 板间距为 d、长度为 L， A、B 板间电压为 U，屏 CD 足够大，距离 A、B 板右边缘 2L，AB 板的中心线过屏 CD 的中心且与屏 CD 垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。 解答：（略） 过度： 通过结果可以看出，在其他条件不变的前提下，偏转的距离与 AB 两板间的电压成正比，通过改变两板间的电压就可以控制粒子在屏上的落点的位置。这个例子其实就是我们在电学中经常用到的示波管的原理。下面我们就来研究一下示波管。三、示波管的原理课件展示：示波管的内部结构图多媒体动画介绍电子在示波管内部的运动过程引导学生分析：在以下几种情况下，会在荧光
5、屏上看到什么图形 如果在电极 XX之间不加电压，但在 YY之间加如图 A 所示的交变电压，在荧光屏上会看到什么图形？如果在 XX之间加图 B 所示的锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么情形？ 如果在 YY之间加如图 A 所示的交变电压，同时在 XX之间加图 B 所示的锯齿形扫描电压， 在 荧光屏上会看到什么图形？【考点】、带电粒子经加速电场后进入偏转电场【例 1】如图所示，由静止开始被电场（加速电压为 ）加速的带电粒子平行于两正对的平行金属板且1U从两板正中间射入，从右侧射出，设在此过程中带电粒子没有碰到两极板。若金属板长为 ，板间距离L为 、两板间电压为 ，试分析带电粒子的运动情况。d2Ul
6、y0245图 A图 BU1dU2q v1v2Lq v0 v1qy解：（1）粒子穿越加速电场获得的速度 1v设带电粒子的质量为 ，电量为 ，经电压 加速后速度为 。由动能定理有 ，mqU1v 21mvqUqUv112（2）粒子穿越偏转电场的时间 ：t带电粒子以初速度 平行于两正对的平行金属板从两板正中间射入后，在偏转电场中运动时间为 ，则1v t1qLvt（3）粒子穿越偏转电场时沿电场方向的加速度 ：a带电粒子在偏转电场中运动时沿电场方向的加速度 dmqUF2（4）粒子离开偏转电场时的侧移距离 ：y带电粒子在偏转电场中运动时沿电场方向作初速度为 0 的做匀加速直线运动dULqmdaty12122
7、 41（5）粒子离开偏转电场时沿电场方向的速度为 ：yv带电粒子离开电场时沿电场方向的速度为 ，则 12mUqdLat（6）粒子离开偏转电场时的偏角 ：设飞出两板间时的速度方向与水平方向夹角为 。则vxy12tn、带电粒子在复合场中的运动【例 2】如图 64 6，水平方向的匀强电场中，有质量为 m 的带电小球，用长 L 的细线悬于 O 点当小球平衡时，细线和竖直方向成 角,如图所示现给小球一个冲量，使小球恰能在竖直平面内做圆周运动问：小球在轨道上运动的最小速度是多少？【解析】方法一：设小球在图 647 中的 Q 处时的速度为 u，则mgcosqEsinT mv2/L开始小球平衡时有 qE mg
8、tanT mv2/L mgcos( )/cos可以看出，当 时，T 最小为： T mv2/L mg/cos若球不脱离轨道 T0，所以 /cosugLq所以最小速度为 /cosgLq方法二：由题给条件，可认为小球处于一个等效重力场中，其方向如图 648，等效重力加速度gg/cosK 为此重力场“最低点”，则图中 Q 便是圆周运动“ 最高点”小球在 Q 有临界速度 v gL时，小球恰能完成圆周运动/cosgLqg图 6 4 8图 6 5 1图 6 4 6图 6 5 1mO q【随堂检测】1、如图所示，长为 L、倾角为 的光滑绝缘斜面处于电场中， 一带电量为+q、质量为 m 的小球，以初速度 v0从
9、斜面底端 A 点开始沿斜面上滑，当到达斜面顶端 B 点时，速度仍为 v0，则 （ A D ）AA、B 两点间的电压一定等于 mgLsin/qB小球在 B 点的电势能一定大于在 A 点的电势能C若电场是匀强电场，则该电场的电场强度的最大值一定为 mg/qD如果该电场由斜面中点正止方某处的点电荷产生，则该点电荷必为负 电荷2、如图所示，质量相等的两个带电液滴 1 和 2 从水平方向的匀强电场中 0 点自由释放后，分别抵达 B、C 两点，若 AB=BC，则它们带电荷量之比 q1：q 2等于（ B ）A1：2 B2：1C1： D ：13如图所示，两块长均为 L 的平行金属板 M、N 与水平面成 角放置
10、在同一竖直平面，充电后板间有匀强电场。一个质量为 m、带电量为 q 的液滴沿垂直于电场线方向射人电场，并沿虚线通过电场。下列判断中正确的是( AD )。A、电场强度的大小 Emgcos/q B、电场强度的大小 Emgtg/qC、液滴离开电场时的动能增量为-mgLtg D、液滴离开电场时的动能增量为-mgLsin4如图所示，质量为 m、电量为 q 的带电微粒，以初速度 V0从 A 点竖直向上射入水平方向、电场强度为 E 的匀强电场中。当微粒经过 B 点时速率为VB2V 0，而方向与 E 同向。下列判断中正确的是( ABD )。A、A、B 两点间电势差为 2mV02/q B、A、B 两点间的高度差
11、为 V02/2gC、微粒在 B 点的电势能大于在 A 点的电势能 D、从 A 到 B 微粒作匀变速运动5在方向水平的匀强电场中，一不可伸长的不导电细线一端连着一个质量为 、电量为+ 的带m电小球，另一端固定于 点。将小球拉起直至细线与场强平行，然后无初速释放，O则小球沿圆弧作往复运动。已知小球摆到最低点的另一侧，线与竖直方向的最大夹角为 （如图）。求：（1）匀强电场的场强。（2）小球经过最低点时细线对小球的拉力。解：（1）设细线长为 l，场强为 ，因电量为正，故场强的方向为水平向右。E从释放点到左侧最高点，由动能定理有 ，故 ，0KEGW)sin1(cosqElmgl解得 )sin1(coqm
12、gE（2）若小球运动到最低点的速度为 v，此时线的拉力为 T，由动能定理同样可得 ，由21mvqElg牛顿第二定律得 ，联立解得lvgT2 sin1co23mgT6、在真空中存在空间范围足够大的、水平向右的匀强电场若将一个质量为m、带正电电量q的小球在此电场中由静止释放，小球将沿与竖直方向夹角为 的直线运动。现将该小球从电场中某点以初速度7竖直向上抛出，求运动过程中（取 ）0v 8.03cos,6.sin（1）小球受到的电场力的大小及方向；（2）小球运动的抛出点至最高点之间的电势差U解析：（1）根据题设条件，电场力大小 电场力的方向向右mggFe437tan（2）小球沿竖直方向做初速为 的匀减
13、速运动，到最高点的时间为 ，则：0vt0tvygt沿水平方向做初速度为0的匀加速运动，加速度为 xamFaex43此过程小球沿电场方向位移为： gvtsxx832120小球上升到最高点的过程中，电场力做功为：2039vSFqUWxemv32907.如图所示，由静止开始被电场（加速电压为 ）加速的带电粒子平行于两正对的平行金属板且从两板1U正中间射入。若金属板长为 ，板间距离为 、两板间电压为 ，Ld2试讨论带电粒子能飞出两板间的条件和飞出两板间时的速度方向。分析：设带电粒子的质量为 ，电量为 ，经电压 加速后速度为 。由动能定理有 ，mq1U1v21mvqU。mqUv112带电粒子以初速度 平行于两正对的平行金属板从两板正中间射入后，若能飞出偏转电场，在电场中运1v动时间为 ，则 。t 12qULU1dLU2q带电粒子在偏转电场中运动时的加速度 。dmqUa2带电粒子飞出偏转电场时的侧移 的最大值为 ，则 ，所以 。由上式可知，当两ydL12421LdU极板间电压 时，带电粒子不可能飞出两金属板之间；当 时，带电粒子可飞出两21LdU 2金属板之间。在满足 的条件下，设带电粒子飞出两金属板之间的侧移为 ，由上面的讨论可知21 y。dUaty14带电粒子离开电场时沿电场方向的速度为 ，则 。yv12mUqdLaty设飞出两板间时的速度方向与水平方向夹角为 。则 。vxytn
