粒子在电场中运动总结.docx

带电粒子在电场中运动总结
一， 带电粒子在电场中平衡
1在带电粒子的加速或偏转的问题中，何时考虑粒子的重力?何时不计重力?
一般来说：
(1)基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等除有特别说明或有明确暗示以外，一般都不考虑重力(但不忽略质量)．
(2)带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有特别说明或有明显暗示以外，一般都不能忽略重力．
（3）根据题目意思而定
2．带电粒子在电场中的平衡
解题步骤：①选取研究对象，②进行受力分析，注意电场力的方向特点。③由平衡条件列方程求解。
二 ，带电粒子的变速
(1)动力学分析：带电粒子沿与电场线平行方向进入电场，受到的电场力与运动方向在同一直线上，做加(减)速直线运动，如果是匀强电场，则做匀加(减)速运动．
(2)功能关系分析：粒子只受电场力作用，动能变化量等于电势能的变化量．
(初速度为零)；
此式适用于一切电场
三 ，带电粒子的偏转（类平抛运动）

例1如图1—8—1所示，两板间电势差为U，相距为d，板长为L．—正离子q以平行于极板的速度v0射入电场中，在电场中受到电场力而发生偏转，则电荷的偏转距离y和偏转角θ为多少?
解析：电荷在竖直方向做匀加速直线运动，受到的力F＝Eq＝Uq/d
由牛顿第二定律，加速度a = F/m = Uq/md
水平方向做匀速运动，由L = v0t得t = L/ v0
由运动学公式可得：
带电离子在离开电场时，竖直方向的分速度：v⊥
有关偏转问题常求的物理量
竖直方向上的速度 v⊥
运动时间 t = L/ v0
偏转距离
偏转角度 tanφ＝

例2两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子质量为m，电荷量为e，从O点沿垂直于极板的方向射出，最远到达A点，然后返回，如图1—8—3所示，OA＝h，此电子具有的初动能是 ( )
A． B．edUh
C． D．
解析：电子从O点到A点，因受电场力作用，速度逐渐减小，根据题意和图示可知，电子仅受电场力，由能量关系：，又E＝U／d，，所以 . 故D正确．
点评：应用电场力做功与电势差的关系，结合动能定理即可解答本题．
例3一束质量为m、电荷量为q的带电粒子以平行于两极板的速度v0进入匀强电场，如图1—8—4所示．如果两极板间电压为U，两极板间的距离为d、板长为L．设粒子束不会击中极板，则粒子从进入电场到飞出极板时电势能的变化量为 ．(粒子的重力忽略不计)
分析：带电粒子在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做匀加速运动．电场力做功导致电势能的改变．
图1—8—4
解析：水平方向匀速，则运动时间t ＝L/ v0 ①
竖直方向加速，则侧移 ②
且 ③
由①②③得
则电场力做功
由功能原理得电势能减少了
例4如图1—8－5所示，离子发生器发射出一束质量为m，电荷量为q的离子，从静止经加速电压U1加速后，获得速度，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压U2作用后，以速度离开电场，已知平行板长为，两板间距离为d，求：
图1—8－5
①的大小；
②离子在偏转电场中运动时间；
③离子在偏转电场中受到的电场力的大小F；
④离子在偏转电场中的加速度；
⑤离子在离开偏转电场时的横向速度；
⑥离子在离开偏转电场时的速度的大小；
⑦离子在离开偏转电场时的横向偏移量y；
⑧离子离开偏转电场时的偏转角θ的正切值tgθ
解析：①不管加速电场是不是匀强电场，W＝qU都适用，所以由动能定理得：

②由于偏转电场是匀强电场，所以离子的运动类似平抛运动．
即：水平方向为速度为v0的匀速直线运动，竖直方向为初速度为零的匀加速直线运动．
∴在水平方向
③ F=qE=
④
⑤
⑥
⑦（和带电粒子q、m无关，只取决于加速电场和偏转电场）
解题的一般步骤是：
(1)根据题目描述的物理现象和物理过程以及要回答问题，确定出研究对象和过程．并选择出“某个状态”和反映该状态的某些“参量”，写出这些参量间的关系式．
(2)依据题目所给的条件，选用有关的物理规律，列出方程或方程组，运用数学工具，对参量间的函数关系进行逻辑推理，得出有关的计算表达式．
(3)对表达式中的已知量、未知量进行演绎、讨论，得出正确的结果．
图1—8－6
[同步检测]
1．如图l—8—6所示，电子由静止开始从A板向B板运动，当到达B板时速度为v，保持两板间电压不变．则 ( )
A．当增大两板间距离时，v也增大
B．当减小两板间距离时，v增大
C．当改变两板间距离时，v不变
D．当增大两板间距离时，电子在两板间运动的时间延长

图1—8－7
2．如图1—8—7所示，两极板与电源相连接，电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场，且恰好从正极板边缘飞出，现在使电子入射速度变为原来的两倍，而电子仍从原位置射入，且仍从正极板边缘飞出，则两极板的间距应变为原来的 ( )
A．2倍 B．4倍
C．0.5倍 D．0.25倍
图1—8－8
3．电子从负极板的边缘垂直进入匀强电场，恰好从正极板边缘飞出，如图1—8—8所示，现在保持两极板间的电压不变，使两极板间的距离变为原来的2倍，电子的入射方向及位臀不变，且要电子仍从正极板边缘飞出，则电子入射的初速度大小应为原来的（　　　　）
A． B． C． D．2
4．下列带电粒子经过电压为U的电压加速后，如果它们的初速度均为0，则获得速度最大的粒子是 ( )
A．质子 B．氚核 C．氦核 D．钠离子Na＋
图1—8－9
5．真空中有一束电子流，以速度v、沿着跟电场强度方向垂直．自O点进入匀强电场，如图1—8—9所示，若以O为坐标原点，x轴垂直于电场方向，y轴平行于电场方向，在x轴上取OA＝AB＝BC，分别自A、B、C点作与y轴平行的线跟电子流的径迹交于M、N、P三点，那么：
(1)电子流经M，N、P三点时，沿x轴方向的分速度之比为 ．
(2)沿y轴的分速度之比为 ．
图1—8—10
(3)电子流每经过相等时间的动能增量之比为 ．
6．如图1—8—10所示，—电子具有100 eV的动能．从A点垂直于电场线飞
入匀强电场中，当从D点飞出电场时，速度方向跟电场强度方向成1 500角．则
A、B两点之间的电势差UAB＝ V．
7．静止在太空中的飞行器上有一种装置，它利用电场加速带电粒子形成向外发射的高速电子流，从而对飞行器产生反冲力，使其获得加速度．已知飞行器质量为M，发射的是2价氧离子．发射离子的功率恒为P，加
速的电压为U，每个氧离子的质量为m．单位电荷的电荷量为e．不计发射氧离子后飞行器质量的变化，求：
(1)射出的氧离子速度．(2)每秒钟射出的氧离子数．(离子速度远大于飞行器的速度，分析时可认为飞行器始终静止不动)

8．如图1—8—12所示，一个电子(质量为m)电荷量为e，以初速度v0沿着匀强电场的电场线方向飞入
图1—8—12
匀强电场，已知匀强电场的场强大小为E，不计重力，问：
(1)电子在电场中运动的加速度．
(2)电子进入电场的最大距离．
(3)电子进入电场最大距离的一半时的动能．

图1—8—13
9．如图1—8—13所示，A、B为两块足够大的平行金属板，两板间距离为d，接在电压为U的电源上．在A板上的中央P点处放置一个电子放射源，可以向各个方向释放电子．设电子的质量m、电荷量为e，射出的初速度为v．求电子打在B板上区域的面积．

图1—8—14
10. 如图1—8—1 4所示一质量为m，带电荷量为+q的小球从距地面高h处以一定初速度水平抛出，在距抛出点水平距离处，有一根管口比小球直径略大的竖直细管，管上口距地面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里加一个场强方向水平向左的匀强电场，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Ek．