高二物理带电粒子在匀强电场中的运动1

用心 爱心 专心 带电粒子在匀强电场中的运动带电粒子在匀强电场中的运动 1 典型例题解析典型例题解析 例例 1 如图 14 105 所示 在点电荷 Q 的电场中有 A B 两点 将质 子和 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 解析 解析 质子和 粒子都是正离子 从 A 点释放将受电场力作用 加速 运动到 B 点 设 AB 两点间的电势差为 U 由能量的观点得 对质子 对 粒子 1 2 1 2 14 21 2 2 m vq U mvqU v H 2 H H v q m q H H mH 点拨 点拨 mv2 2 qU 对匀强电场和非匀强电场都适用 但在非匀强电场中 粒子的加速运动不是匀加速直线运动 例例 2 一个质量为 m 带有电荷 q 的小物体 可在水平轨道 Ox 上运 动 O 端有一与轨道垂直的固定墙 轨道处于匀强电场中 场强大小为 E 方 向沿 Ox 轴正方向 如图 14 106 所示 小物体以初速度 v0从 x0点沿 Ox 轨 道运动 运动时受到大小不变的摩擦力 f 作用 且 f qE 设小物体与墙碰撞 时不损失机械能 且电量保持不变 求它在停止运动前所通过的总路程 S 解析 解析 带电物体受到电场力 F qE 的作用 大小不变 方向指向墙 摩擦力 f 的方向与小物体运动方向相反 不管开始时小物体是沿 x 轴正方向还 是负方向运动 小物体将与墙发生碰撞 且在多次与墙碰撞后 最后将停在 原点 O 处 设小物体在停止运动前所通过的总路程为 S 则有 qExfS0mv 2 S 00 2 2 2 00 2 qExmv f 用心 爱心 专心 点拨 点拨 带电粒子在电场中运动是电场知识与力学知识的结合 方法和力 学分析法相同 先受力分析 再运动分析 再优化选择力学 三把金钥匙 解题 此题注意摩擦力做功的特点 摩擦力做功的大小等于摩擦力大小与物 体通过的路程的乘积 例例 3 如图 14 107 所示 带负电的小球静止在水平放置的平行板电 容器两板间 距下板 0 8cm 两板间的电势差为 300V 如果两板间的电势差 减小到 60V 则带电小球运动到极板上需多少时间 点拨 点拨 用牛顿第二定律结合运动学公式求解 当 时 有 当 时 有时 又有 易求 U300VmgU60Vmgqma hatt 12 2 q U d U d 12 1 2 例例 4 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粒子流 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 加速电压为 U 每个氧离子的质量为 m 单位电 荷的电量为 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 3 射出离子后飞行器开始运动时的加速度 点拨 点拨 从讨论每秒射出氧离子的动量的变化 p 分析出飞行器所受的 反冲作用力 进而求得加速度 关键注意功率 P nqU 和瞬间作用力 F p t 参考答案参考答案 例 例 34 5104 1 V2 eU m 2 2 n 3 a p eU P M m eU2 跟踪反馈跟踪反馈 1 下列粒子从初速度为零的状态经加速电压为 U 的电场后 哪种粒子 速度最大 A 质子 B 氘核 C 氦核 粒子 用心 爱心 专心 D 钠离子 Na 2 如图 14 108 所示 水平放置的 A B 两平行板相距 h 有一质量为 m 带电量为 q 的小球在 B 板之下 H 处以 v0初速度竖直向上进入两板间 欲使小球恰好打到 A 板 试讨论 A B 板间的电势差的大小 3 如图 14 109 所示 A B 为平行金属板 两板相距为 d 分别与电 源两极相连 两板的中央各有一小孔 M 和 N 今有一带电质点 自 A 板上方 相距为 d 的 P 点由静止自由下落 P M N 在同一竖直线上 空气阻力忽略 不计 到达 N 孔时速度恰好为零 然后沿原路返回 若保持两极板间的电压 不变 则 A 把 A 板向上平移一小段距离 质点自 P 点自由下落仍能返回 B 把 A 板向下平移一小段距离 质点自 P 点自由下落后将穿过 N 孔 继续下落 C 把 B 板向上平移一小段距离 质点自 P 点自由下落后仍能返回 D 把 B 板向下平移一小段距离 质点自 P 点自由下落后将穿过 N 孔 继续下落 4 如图 14 110 所示 静止在光滑水平面上 已经充电的平行板电容器 的极板间距离为 d 在板上有一小孔 电容器固定在一绝缘底座上 总质量为 m 现有一个质量为 m 的带正电铅丸对准小孔水平向左运动 重力不计 铅丸 进入电容器后 距左极板的最小距离为 d 2 求此时电容器已移过