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1.9 带电粒子在电场中的运动
【基本内容】
一、带电粒子在匀强电场中的平衡
1.静止:带电粒子在匀强电场中静止时,如果只受重力和电场力,则电场力的方向为竖直向上;若带电粒子的质量为m,电场的强度为E,则粒子的带电荷量为mg/E;若粒子带负电,场强方向为竖直向下。
2.匀速直线运动:带电粒子在匀强电场中作匀速直线运动,且只受重力和电场力,必有重力等于电场力;设匀强电场两极板电压为U,板间距离为d,带电粒子的电荷量为+q,则电容器的下极板带正电荷;带电粒子的质量为mgd/U。
二、带电粒子在电场中的加速
3.粒子只受电场力作用:动能增量等于电场力做的功,其动能定理表达式为
上面公式适用于一切电场。
三、带电粒子在匀强电场中的偏转
4.运动状态分析:通常只分析带电粒子垂直进入匀强电场的情况,且不考虑带电粒子的重力。此时带电粒子做“类平抛运动”(匀变速曲线运动)。
5.研究方法:运动的合成与分解的方法。
以速度v0垂直于电场E方向飞入两带电平行板产生的匀强电场时,受到恒定的与初速度方向成直角的电场力作用而做“类平抛运动”。
6.运动规律:
(1)沿初速度方向做匀速直线运动:x=v0t ;
沿电场力方向做初速为零的匀加速直线运动运动:
(2上述运动中,粒子的加速度a=F/m=Eq/m=Uq/dm (板间距离为d,电压为U);
(3)若能射出电场,则运动时间(板长为l),离开电场的侧位移为y=qUl2/2mdv02
偏转角tanθ=vy/vx=qUl/wd v02。
四、带电粒子在复合场中的运动
7.分析方法:(1)从力和能两条主线进行分析;(2)分析是否可以忽略重力;(3)根据力与运动的关系分析运动状态。
8.基本思路:(1)以带电粒子为研究对象;(1)将带电粒子所处的电场、重力场合成一个“等效重力场”;(3)分析力与运动的关系,确定运动形式,按相应规律列式解题。
【典例分析】
例1.如图所示,一束带电粒子(不计重力)垂直
电场方向进入偏转电场,试讨论以下情况中,粒子应具
备什么条件下才能得到相同的偏转距离y和偏转角φ
(U、d、L保持不变)。
(1)进入偏转电场的速度相同;
(2)进入偏转电场的动能相同;
(3)先由同一加速电场加速后,再进入偏转电场
[解析]
由题意可得:偏转距离y:偏转角φ:
(1)因为v0相同,若q/m相同,则y、φ相同;
(2)因为相同,若q相同,则y、φ相同;
(3)设加速电压为U′,由可得:
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