第1章9.pptVIP

9　带电粒子在电场中的运动 1．静电除尘器是目前普遍采用的一种高效除尘器．某除尘器模型的收尘板是很长的条形金属板，图中直线ab为该收尘板的横截面．工作时收尘板带正电，其左侧的电场线分布如图1－9－1所示；粉尘带负电，在电场力作用下向收尘板运动，最后落在收尘板上．若用粗黑曲线表示原来静止于P点的带电粉尘颗粒的运动轨迹，下列4幅图中可能正确的是(忽略重力和空气阻力)(　　) 一、带电粒子的加速 1．受力分析：仍按力学中受力分析的方法分析，只是多了一个电场力而已，如果带电粒子在匀强电场中，则电场力为恒力(qE)，若在非匀强电场中，电场力为变力． 2．运动状态分析 带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到的电场力与运动方向在同一直线上，做匀加(减)速直线运动． 4．用牛顿运动定律和运动学公式分析 带电粒子平行于电场线进入匀强电场，则带电粒子做匀变速直线运动，可由电场力求该加速度进而求出速度、位移或时间． 二、带电粒子的偏转 1．受力分析：带电粒子以初速度v0垂直射入匀强电场中，受恒定电场力作用(F＝qE)，且方向与v0垂直． 2．运动状态分析 带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向射入两带电平行板产生的匀强电场中，受到恒定的与初速度方向成90°角的电场力作用而做______________运动(轨迹为抛物线)． 3．偏转运动的分析处理方法(用类似平抛运动的分析方法)即应用运动的合成和分解知识分析处理，一般分解为： (1)沿初速度方向以v0做匀速直线运动； (2)沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动． 三、示波管 构造：示波管是示波器的核心部件，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由________(发射电子的灯丝、加速电极组成)、________(由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和________组成，如图1－9－3所示． 1．如图1－9－5所示，在xOy平面上第Ⅰ象限内有平行于y轴的有界匀强电场，方向如图．y轴上一点P的坐标为(0，y0)，有一电子以垂直于y轴的初速度v0从P点垂直射入电场中，当匀强电场的场强为E时，电子从A点射出，A点坐标为(xA,0)，则A点速度vA的反向延长线与速度v0的延长线交点坐标为(　　) 【答案】C 如图1－9－6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v0，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v离开电场，已知平行板长为L，两板间的距离为d，则： 说明：(1)初速度为零的带电粒子经过一电场的加速和另一电场的偏转后，带电粒子在电场中沿电场线方向偏移的距离和带电粒子的m、q无关，只取决于加速电场和偏转电场． (2)初速度为零的电性相同的不同带电粒子经过一电场的加速和另一电场的偏转后，带电粒子在电场中的偏转角和带电粒子的m、q无关，只取决于加速电场和偏转电场，即它们在电场中的偏转角总相同． 2．示波管是一种多功能电学仪器，它的工作原理可以等效成下列情况：如图1－9－7所示，真空室中电极K发出电子(初速度不计)，经过电压为U1的加速电场后，由小孔S沿水平金属板A、B间的中心线射入板中．金属板长为L，相距为d，当A、B间电压为U2时电子偏离中心线飞出电场打到荧光屏上而显示亮点．已知电子的质量为m、电荷量为e，不计电子重力，下列情况中一定能使亮点偏离中心距离变大的是(　　) A．U1变大，U2变大 B．U1变小，U2变大 C．U1变大，U2变小 D．U1变小，U2变小 【答案】B 【例1】 如图1－9－8所示，在点电荷＋Q的电场中有A、B两点，将质子和氦原子核(He)分别从A点由静止释放到达B点时，它们的速度大小之比为多少？ 思路点拨：解答本题时注意两点：①α粒子和质子的电荷量、质量间的关系．②应用动能定理． 反思领悟：该电场为非匀强电场，带电粒子在AB间的运动为变加速运动，不可能通过求加速度的途径解出该题，但注意到电场力做功W＝qU这一关系对匀强电场和非匀强电场都适用，因此从能量的观点入手，用动能定理来求解该题是非常简单的． 如图1－9－9所示，M和N是匀强电场中的两个等势面，相距为d，电势差为U，一质量为m(不计重力)、电荷量为－q的粒子，以速度v0通过等势面M射入两等势面之间，此后穿过等势面N的速度大小应是(　　) 【例2】 如图1－9－10所示为真空示波管的示意图，电子从灯丝K发出(初速度不计)，经灯丝与A板间的加速电压U1加速，从A板中心孔沿中心线KO射出，然后进入由两块平行金属板M、N形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场)，电子进入偏转电场时的速度与电场方向垂直，电子经过偏转电场后打在荧光屏上的P点．已知M、N两板间的电压为U2，两板间的距离为d，板长为L1，板右端到荧光屏的距离为L2，电子质