1.9 （讲义）带电粒子在电场中的运动-2021-2022学年高二物理精梳细讲 讲义+作业（人教版选修3-1）

1.9带电粒子在电场中的运动 【基础知识梳理】 知识点01 带电粒子的加速 1． 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，受到的静电力与运动方向在同一条直线上，做匀变速直线运动。加速度a＝。 【强调】带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或者明确的暗示以外，一般不能忽略重力。 2． 两种处理方式 初速度为0的粒子在静电力作用下运动，如图所示。 （1） 用动力学观点分析：因为电场力F=qE或F= ，而F＝ma，所以a＝。或a=＝ 再结合运动学公式： ， ， ，可以求出粒子运动的速度、位移及动能等。 （2）用功能观点分析：因为粒子只受电场力，动能的变化量等于电场力做的功，所以qU＝。mv2，得v＝ 知识点02带电粒子的偏转 如图所示，质量为m、带电荷量为q的基本粒子(忽略重力)，以初速度v0平行于两极板进入匀强电场，极板长为l，极板间距离为d，极板间电压为U. 图1 1．运动性质： (1)沿初速度方向：速度为v0的匀速直线运动． (2)垂直v0的方向：初速度为零的匀加速直线运动． 2．运动规律： (1)偏移距离：因为t＝，，a＝ 偏移距离y＝.at2＝ (2)偏转角度：因为vy＝at＝， tan θ＝.＝ 【补充】 （1） 不同带电粒子从静止经过同一加速电场进入同一偏转电场，她们在电场中的偏转角度和侧移距离总是相同的。 （2） 粒子从偏转电场中射出时，就像是从极板间的 处的O点沿直线射出的。 知识点03示波管的原理 1．示波管主要由电子枪(由发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对X偏转电极和一对Y偏转电极组成)和荧光屏组成． 2．扫描电压：XX′偏转电极通常接入仪器自身产生的锯齿形电压． 3．示波管工作原理：被加热的灯丝发射出热电子，电子经加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如果在Y偏转电极上加一个信号电压，在X偏转电极上加一扫描电压，当扫描电压与信号电压的周期相同时，荧光屏上就会得到信号电压在一个周期内的稳定图象． 【例题讲解】 一、带电粒子在电场中的直线运动 例1 如图所示， 、 是真空中的两块平行金属板，质量为 、电荷量为 的带电粒子，以初速度 由小孔进入电场，当 、 间电压为 时，粒子恰好能达到 板，如果要使这个带电粒子到达 、 板间距的 后返回，下列措施中能满足要求的是（不计带电粒子的重力）（　　） A．使初速度减为原来的 B．使 、 间电压减半 C．使 、 间电压提高到原来的4倍 D．使带电粒子的比荷变为原来的2倍 例2如图所示，悬线下挂一个带正电的小球，它的质量为m，电荷量为q，整个装置处于水平向右的匀强电场中，下列说法中正确的是（　　） A．若剪断悬线，则小球将做曲线运动 B．若剪断悬线，则小球将静止不动 C．若剪断悬线，则小球做匀速运动 D．若剪断悬线，则小球做匀加速直线运动 例3如图甲所示为某电场中的一条电场线，一电子只在电场力的作用下从A点到B点运动的速度-时间图像如图乙所示，则下列分析正确的是（　　） A．该电场可能是正点电荷产生的 B．从A点运动到B点的过程中该粒子的电势能变小 C．A点的电势一定高于B点的电势 D．A点的电场强度比B点的大 例4如图，固定在竖直面内的光滑绝缘轨道由水平段 和半径为 的半圆环段 平滑相切而成，过圆环直径 的虚线左侧存在方向水平向右的匀强电场。现将一可视为质点的带正电小滑块，从水平轨道的 点由静止释放，滑块沿轨道运动到半圆环上 点时对轨道的压力等于滑块重力的6倍，且滑块离开半圆环后不经任何碰撞回到 点，关于上述过程，下列说法正确的是（　　） A．滑块沿轨道运动经过 点时对轨道无压力 B．滑块受到的电场力是滑块重力的2倍 C．在虚线左侧，滑块到达距虚线的水平距离为 的位置时，电场力的瞬时功率为零 D． 到 点的距离为 【练1】如图所示，M、N是真空中的两块相距为d的平行金属板。质量为m、电荷量大小为q的带电粒子，以初速度 由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子恰好能到达N板。如果要使这个带电粒子到达距N板 后返回，下列措施中能满足要求的是（不计带电粒子的重力）（　　） A．使初速度减为原来的 B．使M、N间电压提高到原来的2倍 C．使M、N间电压提高到原来的3倍 D．使初速度和M、N间电压都减为原来的 【练2】（多选）一质量为m、电荷量为q的带正电粒子（重力不计）以速度v0逆着电场线方向射入有左边界的匀强电场，场强为E（如图所示），则（　　） A．粒子射入的最大深度为 B．粒子射入的最大深度为 C．粒子在电场中运动的最长时间为 D．粒子在电场中运动的最长时间为 【练3】如图所示，A、B是一条电场线上的两点，若在A点释放一初速度为零的电子，电子仅受电场力作用，并沿电场线从A运动到B，其速度随时间变化的规律如图所示，设A、B两点的电