海南省东方市琼西中学高中物理带电粒子在电场中的运动 5页

《带电粒子在电场中的运动》 【学习目标】 1、理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转方向的问 题． 2、知道示波管的构造和基本原理。 【重点难点】 运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题 【学法指导】 认真阅读教材，观察教材插图，体会分析带电粒子在电场中运动的方法；理解 示波管的工作原理 【知识链接】 1、牛顿第二定律的表达式是 2、动能定理的表达式是 3、（1）平抛运动的特点：速度沿 方向，受 力作用，受力方向 与速度方向 ，运动轨迹为抛物线。 （2）处理平抛运动的方法：分解为水平方向的 ，竖直方向的 （3）运动规律：经过时间， 速度关系：VX= Vy= V 合= 速度偏转角正切值 tanθ= 位移关系：x= y= 【学习过程】 一、带电粒子的受力特点 1、对于基本粒子，如电子、质子、α 粒子、正负离子等，除有说明或明确的 暗示以外，在电场中运动时均不考虑重力。（但并不忽略质量） 2、对于宏观带电体，如液滴、小球、尘埃等，除有说明或明确的暗示以外，必 须考虑重力。 二、带电粒子的加速 例 1 图为两个带小孔的平行金属板，板间电压为 U，一带电粒子质量为 m、电 荷量为－q，从左孔以初速度 V0 进入板间电场，最终从右孔射出。不计粒子重力。 求：粒子从右孔射出时的速度 V ？ （1）由动力学知识求解（先求加速度，再根据运动学公式求 V） （2）由功能关系求解。（动能定理） （3）比较两种解法有什么不同？ 思考：若粒子初速度为零，则从左孔进入，到右孔的速度是多少？ 尝试应用 1： 1、如上图，氢核（ ）、氘核（ ）、氚核（ ）分别由左孔由静止释放， 后由右孔射出，则： ⑴ 射出时的动能之比为________________ ⑵ 射出时的速度之比为________________ 三、带电粒子的偏转 如果带电粒子垂直电场方向进入匀强电场，受力有什么特点？会做什么运动呢？ （不计重力） 例 2 如图，平行板间电压为 U，板间距离为 d，板长为 L1 。一带电粒子质量为 m，电荷量为 q，以初速度 v0 垂直于场强方向射入电场中，离开电场中沿直线打在光 屏上。光屏到平行板近端的距离为 L2。不计粒子重力。求 （1）粒子在电场中运动的时间。 H1 1 H2 1 H3 1 U － + v0 θ y y′ L2L1 （2）图中的偏转距离 y 。 （3）速度的偏转角 θ 的正切值。 （4）光屏上对应偏距 y′（选做）。 尝试应用 2： 2、如上图，两质子分别以速度 v 和 2v 垂直场强方向射入同一匀强电场中，则 两质子 ⑴ 在电场中运动时间之比为_______ ⑵ 离开电场时沿场强方向偏移的距离之比为________ 【训练测试】 1．一带电粒子在电场中只受电场力作用时，它不可能出现的运动状态是 (　　) A．匀速直线运动　　　　　B．匀加速直线运动 C．匀变速曲线运动 D．匀速圆周运动 2．如图所示，在场强为 E，方向水平向右的匀强电场中，A、B 为一竖直线上的 两点，相距为 L，外力 F 将质量为 m，带电量为－q 的微粒，从 A 点匀速移到 B 点， 重力不能忽略，则下面说法中正确的是 (　　) A．外力的方向水平 B．外力的方向竖直向上 C．外力的大小等于 qE＋mg D．外力的大小等于 (qE)2＋(mg)2 3．平行板间加如图(a)所示周期变化的电压，重力不计的带电粒子静止在平行 板中央，从 t＝0 时刻开始将其释放，运动过程无碰板情况．如图(b)中，能定性描 述粒子运动的速度图象正确的是 (　　) 4．(2020·济南模拟)如图所示，质子(11H)和 α 粒子(42He)，以相同的初动能垂 直射入偏转电场(粒子不计重力)，则这两个粒子射出电场时的侧位移 y 之比为 (　　) A．11 B．12 C．21 D．14 5．如图所示，一电荷量为＋q，质量为 m 的带电粒子以初速度为 v0，方向与极 板平行射入一对平行金属板之间．已知两极板的长度 l，相距为 d，极板间的电压为 U，试回答下列问题．(粒子只受电场力作用且上极板带正电) (1)粒子在电场中所受的电场力的大小为________，方向__________，加速度大 小为__________，方向________． (2)粒子在 x方向上做________运动，在电场中的运动时间为________． (3)粒子在 y 方向上做________运 动，离开电场时，在 y 方 向上偏离的距离为 ________．当其他条件不变，d 增大时偏离距离将________． (4)粒子离开电场时，在 y 方向上的分速度为________，如果偏转的角度为 θ， 那么 tanθ＝________.当其他条件不变，U 增大时 θ 角将________ 【学习反思】 分析处理带电粒子在电场中偏转的方法是什么？要使粒子在电场中的侧移量变 大，可采取哪些措施？