带电粒子在电场中的运动经典教案

带电粒子在电场中的运动分析1．带电粒子经电场加速：处理方法，可用动能定理、牛顿运动定律或用功能关系。qU=mvt2/2-mv02/2∴vt=，若初速v0=0，则v=。2．带电粒子经电场偏转：处理方法：灵活应用运动的合成和分解。带电粒子在匀强电场中作类平抛运动，U、d、l、m、q、v0已知。穿越时间:(2)末速度:侧向位移:（4）偏角：典型例题：1．如图所示是示波器的示意图，竖直偏转电极的极板长L1=4cm，板间距离d=1cm。板右端距离荧光屏L2=18cm，（水平偏转电极上不加电压，没有画出）电子沿中心线进入竖直偏转电场的速度是v=1.6×107m/s，电子电量e=1.6×10-19C，质量m=0.91×10-30kg。(1)要使电子束不打在偏转电极上，加在竖直偏转电极上的最大偏转电压U不能超过多大？(2)若在偏转电极上加u=27.3sin100πt(V)的交变电压，在荧光屏竖直坐标轴上能观察到多长的线段？LL1L2OO'O'd同步训练：1、如图所示，长为L、倾角为θ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．A、B两点间的电压一定等于mgLsinθ/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：q2等于（） A．1：2 B．2：1 C．1： 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α角放置在同一竖直平面，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()。A、电场强度的大小E＝mgcosα/qB、电场强度的大小E＝mgtgα/qC、液滴离开电场时的动能增量为-mgLtgαD、液滴离开电场时的动能增量为-mgLsinα4．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VB＝2V0，而方向与E同向。下列判断中正确的是()。A、A、B两点间电势差为2mV02/qB、A、B两点间的高度差为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微粒作匀变速运动巩固练习：1．一个带正电的微粒，从A点射入水平方向的匀强电场中，微粒沿直线AB运动，如图，AB与电场线夹角θ=30°，已知带电微粒的质量m=1.0×10－7kg，电量q=1.0×10－10C，A、B相距L=20cm．（取g=10m/s2，结果保留二位有效数字）求：（1）说明微粒在电场中运动的性质，要求说明理由．（2）电场强度的大小和方向？（3）要使微粒从A点运动到B点，微粒射入电场时的最小速度是多少？OvθE图3-1-62．一个带电荷量为－q的油滴，从O点以速度v射入匀强电场中，v的方向与电场方向成θ角，已知油滴的质量为mOvθE图3-1-6(1)最高点的位置可能在O点的哪一方？(2)电场强度E为多少？(3)最高点处(设为N)与O点的电势差UNO为多少？3.如图所示，水平放置的平行板电容器，原来两板不带电，上极板接地，它的极板长L=0.1m，两板间距离d=0.4cm，有一束相同微粒组成的带电粒子流从两板中央平行极板射入，由于重力作用微粒能落到下板上，已知微粒质量为m=2×10-6kg，电量q=1×10-8C，电容器电容为C=10-6F．求(1)为使第一粒子能落点范围在下板中点到紧靠边缘的B点之内，则微粒入射速度v0应为多少？LBLBm,qdv0Ax/m01.6V0Q3.24.86.41.63.2y/m4.x/m01.6V0Q3.24.86.41.63.2y/m（1）指出小球带何种电荷；（2）求匀强电场的电场强度大小；（3）求小球从O点抛出到落回x轴的过程中电势能的改变量.5、如图所示，一对竖直放置的平行金属板A、B构成电容器，电容为C。电容器的A板接地，且中间有一个小孔S，一个被加热的灯丝K与S位于同一水平线，从丝上可以不断地发射出电子，电子经过电压U0加速后通过小孔S沿水平方向射入A、B两极板间。设电子的质量为m，电荷量为e，电子从灯丝发射时的初速度不计。如果到达B板的电子都被B板吸收，且单位时间内射入电容器的电子数为n个，随着电子的射入，两极板间的电势差逐渐增加，最终使电子无法到达B板，求：（1）当B板吸收了N个电子时，AB两板间的电势差（2）A、B两板间可以达到的最大电势差(UO)（3）从电子射入小孔S开始到A、B两板间的电势差达到最大值所经历的时间。6．如图所示是示波器的示意图，竖直偏转电极的极板长L1=4cm，板间距离d=1cm。板右端距离荧光屏L2=18cm，（水平偏转电极上不加电压，没有画出）电子沿中心线进入竖直偏转电场的速度是v=1.6×107m/s，电子电量e=1.6×10-19C，质量m=0.91×10-30kg。(1)要使电子束不打在偏转电极上，加在竖直偏转电极上的最大偏转电压U不能超过多大？(2)若在偏转电极上加u=27.3sin100πt(V)的交变电压，在荧光屏竖直坐标轴上能观察到多长的线段？LL1L2OO'O'd7．两块水平平行放置的导体板如图所示，大量电子（质量m、电量e）由静止开始，经电压为U0的电场加速后，连续不断地沿平行板的方向从两板正中间射入两板之间。当两板均不带电时，这些电子通过两板之间的时间为3t0；当在两板间加如图所示的周期为2t0，幅值恒为U0的周期性电压时，恰好能使所有电子均从两板间通过。问：=1\*GB2⑴这些电子通过两板之间后，侧向位移的最大值和最小值分别是多少？=2\*GB2⑵侧向位移分别为最大值和最小值的情况下，电子在刚穿出两板之间时的动能之比为多少？4t4t0t03t02t0t0U0UU01、AD2、B3AD4ABD1．（1）微粒只在重力和电场力作用下沿AB方向运动，在垂直于AB方向上的重力和电场力必等大反向，可知电场力的方向水平向左，如图所示，微粒所受合力的方向由B指向A，与初速度vA方向相反，微粒做匀减速运动．（2）在垂直于AB方向上，有qEsinθ－mgcosθ=0所以电场强度E=1.7×104N/C电场强度的方向水平向左（3）微粒由A运动到B时的速度vB=0时，微粒进入电场时的速度最小，由动能定理得，mgLsinθ+qELcosθ=mvA2/2代入数据，解得vA=2.8m/s（2分）2．(1)在O点的左方．(2)UNO=．(1)由动能定理可得在O点的左方．(2)在竖直方向mgt=mvsinθ，水平方向qEt=mv+mvcosθ．(3)油滴由O点N点，由qU－mgh=0，在竖直方向上，(v0sinθ)2=2gh．UNO=．3．(1)若第1个粒子落到O点，由＝v01t1，＝gt12得v01＝2.5m/s．若落到B点，由L＝v02t1，＝gt22得v02＝5m/s．故2.5m/s≤v0≤5m/s．(2)由L＝v01t，得t＝4×10-2s．＝at2得a＝2.5m/s2，有mg－qE=ma，E=得Q＝6×10-6C．所以＝600个．4：（1）小球带负电（2）小球在y方向上做竖直上抛运动，在x方向做初速度为零的匀加速运动，最高点Q的坐标为（1.6m,3.2m）由①代入数据得（1分）由初动量p=mv0②解得m=0.05kg又③④由③④代入数据得E=1×103N/C（3）由④式可解得上升段时间为t=0.8s所以全过程时间为代入③式可解得x方向发生的位移为x=6.4m由于电场力做正功，所以电势能减少，设减少量为△E，代入数据得△E=qEx=1.6J5．（1）（2）U0（3）t=6．解：(1)①②③由以上三式，解得：④代入数据，得U=91V⑤(2)偏转电压的最大值：