带电粒子的偏转

带电粒子的偏转

说明

(1)偏转的距离y 和偏转的角度φ都仅由加速电场和偏转电场的情况决定,与带电粒子的电量、质量无关。

(2)要增大偏转的距离y 和偏转的角度φ,可采取的措施有:减少加速电压U 1或增大偏转电压U 2等。

(3)电场力做功与带电粒子的具体路径无关,仅由始末位置的电势差决定.当带电粒

子同时受到除电场力以外的其他力作用时,电场力的功对应着电势能的变化,合力的功对应着动能的变化.

(4)

3、研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索

(1)力和运动的关系——牛顿第二定律

根据带电粒子受到的电场力,用牛顿第二定律找出加速度,结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等. 这条线索通常适用于恒力作用下做匀变速运动的情况.

(2)功和能的关系——动能定理

根据电场力对带电粒子所做的功,引起带电粒子的能量发生变化,利用动能定理或从全过程中能量的转化,研究带电粒子的速度变化,经历的位移等.这条线索同样也适用于不均匀的电场.

4、研究带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧

(1)类比与等效

电场力和重力都是恒力,在电场力作用下的运动可与重力作用下的运动类比.例如,垂直射入平行板电场中的带电粒子的运动可类比于平抛,带电单摆在竖直方向匀强电场中的运动可等效于重力场强度g 值的变化等.

(2)整体法(全过程法)

电荷间的相互作用是成对出现的,把电荷系统的整体作为研究对象,就可以不必考虑其间的相互作用.

电场力的功与重力的功一样,都只与始末位置有关,与路径无关.它们分别引起电荷电势能的变化和重力势能的变化,从电荷运功的全过程中功能关系出发(尤其从静止出发末速度为零的问题) 往往能迅速找到解题入口或简化计算.

例:从阴极K 发射的电子经电势差U 0=5000V的阳极加速后,沿平行于极面的方向从中央射入两块长L 1=10cm、间距d=4cm的平行金属板A 、B 之间,在离金属板边缘L 2=75cm 处放置一直径D=20cm、带有记录纸的圆筒.整个装置放在真空内,电子发射的初速度不计. 若在两金属板上加U 2=1000cos2πtV 的周期性变化电压,并使圆筒绕中心轴按图示方向以n =2r /s 匀速转动,确定电子在记录纸上的轨迹形状并画出1s 内所记录到的图象的.

分析:

电子被加速后进入偏转电场.由于板上的电压和板间场强都作周期性变化,使得电子的偏距也作周期性变化。

由电场力做功与动能变化的关系

,得电子加速后的入射速度

加上交流电压时,A 、B 两板间场强

电子飞离金属板时的偏距

电子飞离金属板时的竖直速度

电子从飞离金属板到达圆筒时的偏距

所以在纸筒上的落点对入射方向的偏距(见图)为

可见,在记录纸上的点以振幅0.20m ,周期 作简谐运动,因为每秒转2周(半秒转1周),故在1s

内,纸上的图形如图所示。

2、一个带负电的小球,受水平方向的匀强电场和重力的作用由静止开始运动,不计空气阻力,设坐标轴如图所示,x 轴正方向与电场方向一致,原点在小球起始位置,能反映小球运动轨迹的图是[ ]

3、一质量m 、电量q 的带电微粒,从平行带电板A 的上方高h 处自由落下,经A 板小孔进入两板间匀强电场,两板相距d .为使微粒不致于碰到B 板,A 、B 间的电压至少为__________.

4、两块足够大平行金属板A 、B 相距d ,电压为U ,A 板面表贴一块放射源P ,它可以向各个方向放射速度大小为v 的电子,这些电子落在B 板上的范围为__________(电子质量为m ,电量为e) .

5、如图所示,一绝缘细圆环半径为r ,其环面固定在水平面上.场强为E 的匀强电场与圆环平面平行.环上穿有一电量为+q,质量为m 的小球,可沿圆环做无摩擦的圆周运动.若小球经A 点时速度v A 的方向恰与电场垂直,且圆环与小球间沿水平方向无力的作用,则速度v A =_____________。当小球运动到与A 点对称的B 点时,小球对圆环在水下方向的作用力N B =__________。

6、在电场强度为E 的水平电场中,以初速v 0竖直向上发射一个质量为m 、电量为q 的小球,这个小球在运动中的最小速度为__________。

7、如图所示,光滑水平面上放一长木板,空间有一个竖直向下的匀强电场.一个质量为m 、电量为-q 的小物块以某一初速度从木板的左端水平滑上木板,至右端时恰与板相对静止。若将电场方向改为竖直向上,大小保持不变,小物块保持电量不变,仍以原来的初速从左端滑上,结果滑至木板中点又与板相对静止,则场强大小为_________。

8、两平行金属板间电压为U ,距下板y=1.6cm处悬浮着一个带负电的小球A ,另一个相同的、不带电的小球B 从与A 球等高处以速度v B =0.5m/s水平射入,与A 球作对心弹性碰撞。认为B 与A 碰前不带电,竖直方向的降落不计,且不计两球间的静电力,试问两球碰撞后在下板上的落点相距多少?

参考答案:

1、A 、C 、D 2、D 3、

4、为半径的一个圆

5、,6qE 6、 7、 8、4cm

带电粒子的偏转

说明

(1)偏转的距离y 和偏转的角度φ都仅由加速电场和偏转电场的情况决定,与带电粒子的电量、质量无关。

(2)要增大偏转的距离y 和偏转的角度φ,可采取的措施有:减少加速电压U 1或增大偏转电压U 2等。

(3)电场力做功与带电粒子的具体路径无关,仅由始末位置的电势差决定.当带电粒

子同时受到除电场力以外的其他力作用时,电场力的功对应着电势能的变化,合力的功对应着动能的变化.

(4)

3、研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索

(1)力和运动的关系——牛顿第二定律

根据带电粒子受到的电场力,用牛顿第二定律找出加速度,结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等. 这条线索通常适用于恒力作用下做匀变速运动的情况.

(2)功和能的关系——动能定理

根据电场力对带电粒子所做的功,引起带电粒子的能量发生变化,利用动能定理或从全过程中能量的转化,研究带电粒子的速度变化,经历的位移等.这条线索同样也适用于不均匀的电场.

4、研究带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧

(1)类比与等效

电场力和重力都是恒力,在电场力作用下的运动可与重力作用下的运动类比.例如,垂直射入平行板电场中的带电粒子的运动可类比于平抛,带电单摆在竖直方向匀强电场中的运动可等效于重力场强度g 值的变化等.

(2)整体法(全过程法)

电荷间的相互作用是成对出现的,把电荷系统的整体作为研究对象,就可以不必考虑其间的相互作用.

电场力的功与重力的功一样,都只与始末位置有关,与路径无关.它们分别引起电荷电势能的变化和重力势能的变化,从电荷运功的全过程中功能关系出发(尤其从静止出发末速度为零的问题) 往往能迅速找到解题入口或简化计算.

例:从阴极K 发射的电子经电势差U 0=5000V的阳极加速后,沿平行于极面的方向从中央射入两块长L 1=10cm、间距d=4cm的平行金属板A 、B 之间,在离金属板边缘L 2=75cm 处放置一直径D=20cm、带有记录纸的圆筒.整个装置放在真空内,电子发射的初速度不计. 若在两金属板上加U 2=1000cos2πtV 的周期性变化电压,并使圆筒绕中心轴按图示方向以n =2r /s 匀速转动,确定电子在记录纸上的轨迹形状并画出1s 内所记录到的图象的.

分析:

电子被加速后进入偏转电场.由于板上的电压和板间场强都作周期性变化,使得电子的偏距也作周期性变化。

由电场力做功与动能变化的关系

,得电子加速后的入射速度

加上交流电压时,A 、B 两板间场强

电子飞离金属板时的偏距

电子飞离金属板时的竖直速度

电子从飞离金属板到达圆筒时的偏距

所以在纸筒上的落点对入射方向的偏距(见图)为

可见,在记录纸上的点以振幅0.20m ,周期 作简谐运动,因为每秒转2周(半秒转1周),故在1s

内,纸上的图形如图所示。

2、一个带负电的小球,受水平方向的匀强电场和重力的作用由静止开始运动,不计空气阻力,设坐标轴如图所示,x 轴正方向与电场方向一致,原点在小球起始位置,能反映小球运动轨迹的图是[ ]

3、一质量m 、电量q 的带电微粒,从平行带电板A 的上方高h 处自由落下,经A 板小孔进入两板间匀强电场,两板相距d .为使微粒不致于碰到B 板,A 、B 间的电压至少为__________.

4、两块足够大平行金属板A 、B 相距d ,电压为U ,A 板面表贴一块放射源P ,它可以向各个方向放射速度大小为v 的电子,这些电子落在B 板上的范围为__________(电子质量为m ,电量为e) .

5、如图所示,一绝缘细圆环半径为r ,其环面固定在水平面上.场强为E 的匀强电场与圆环平面平行.环上穿有一电量为+q,质量为m 的小球,可沿圆环做无摩擦的圆周运动.若小球经A 点时速度v A 的方向恰与电场垂直,且圆环与小球间沿水平方向无力的作用,则速度v A =_____________。当小球运动到与A 点对称的B 点时,小球对圆环在水下方向的作用力N B =__________。

6、在电场强度为E 的水平电场中,以初速v 0竖直向上发射一个质量为m 、电量为q 的小球,这个小球在运动中的最小速度为__________。

7、如图所示,光滑水平面上放一长木板,空间有一个竖直向下的匀强电场.一个质量为m 、电量为-q 的小物块以某一初速度从木板的左端水平滑上木板,至右端时恰与板相对静止。若将电场方向改为竖直向上,大小保持不变,小物块保持电量不变,仍以原来的初速从左端滑上,结果滑至木板中点又与板相对静止,则场强大小为_________。

8、两平行金属板间电压为U ,距下板y=1.6cm处悬浮着一个带负电的小球A ,另一个相同的、不带电的小球B 从与A 球等高处以速度v B =0.5m/s水平射入,与A 球作对心弹性碰撞。认为B 与A 碰前不带电,竖直方向的降落不计,且不计两球间的静电力,试问两球碰撞后在下板上的落点相距多少?

参考答案:

1、A 、C 、D 2、D 3、

4、为半径的一个圆

5、,6qE 6、 7、 8、4cm


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