带电粒子在电场中的运动 1

发布 2022-07-03 23:57:28 阅读 3651

四种基本的运动及推导公式:

研究对象:质量为m,电量为q粒子。

(1)带电粒子在电场中加速。

(2)带电粒子在电场中偏转

(3)带电粒子在电场中加速和偏转。

(4)带电粒子在电场中加速偏转和直线运动。

题型1单体的单一运动

典例1.长为l的平行金属板,板间形成匀强电场,一个带电荷量为、质量为m的带电粒子以初速度紧贴上边垂直电场线飞人电场,刚好从下板边缘射出,末速度与下板成角,如图所示,求:

1)匀强电场的场强e;

2)两板间距离d。

典例2.如图所示,—个带正电的微粒,从a点射入水平方向的匀强电场中,恰好沿着直线到达b点,若ab与电场线夹角θ=45°,带电微粒的质量m,电荷量q,相距l.重力加速度为g.求: (1)电场强度的大小和方向?

2)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?

典例3在水平向右的匀强电场中,有一质量为m、带正电的小球,用长为l的绝缘细线悬挂于o点,当小球静止时细线与竖直方向夹角为θ,如图2-5所示,现给小球一个垂直于悬线的初速度,使小球恰能在竖直平面内做圆周运动。试问:

图2-51)小球在做圆周运动的过程中,在哪一位置速度最小?速度最小值是多大?

2)小球在b点的初速度是多大?

典例4,在电场方向水平向右的匀强电场中,一带电小球从a点竖直向上抛出,其运动的轨迹如图所示.小球运动的轨迹上a、b两点在同一水平线上,m为轨迹的最高点.小球抛出时的动能为8.0j,在m点的动能为6.0j,不计空气的阻力.则( )

a小球水平位移x1与x2的比值1:3

b小球水平位移x1与x2的比值1:2

c小球落到b点时的动能ekb=24j

d小球从a点运动到b点的过程中最小动能为4j

题型2单体的复合运动。

典例1(06年全国卷ⅰ)(20分)有个演示实验,在上下面都是金属板的玻璃盒内,放入了许多用锡箔纸揉成的小球,当上下板间加上电压后,小球就上下不停地跳动。现取以下简化模型进行定量研究。如图所示,电容量为c的平行板电容器的极板a和b水平放置,相距为d,与电动势为ε、内阻可不计的电源相连。

设两板之间只有一个质量为m的导电小球,小球可视为质点。已知:若小球与极板发生碰撞,则碰撞后小球的速度立即变为零,带电状态也立即改变,改变后,小球所带电荷符号与该极板相同,电量为极板电量的α倍(α<1)。

不计带电小球对极板间匀强电场的影响。重力加速度为g。

1)欲使小球能够不断地在两板间上下往返运动,电动势ε至少应大于多少?

2)设上述条件已满足,在较长的时间间隔t内小球做了很多次往返运动。求在t时间内小球往返运动的次数以及通过电源的总电量。

2(2004江苏)汤姆生用来测定电子的比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图所示,真空管内的阴极k发出的电子(不计初速、重力和电子间的相互作用)经加速电压加速后,穿过a′中心的小孔沿中心轴o1o的方向进入到两块水平正对放置的平行极板p和p′间的区域.当极板间不加偏转电压时,电子束打在荧光屏的中心o点处,形成了一个亮点;加上偏转电压u后,亮点偏离到o′点,(o′与o点的竖直间距为d,水平间距可忽略不计.此时,在p和p'间的区域,再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场.调节磁场的强弱,当磁感应强度的大小为b时,亮点重新回到o点.已知极板水平方向的长度为l1,极板间距为b,极板右端到荧光屏的距离为l2(如图所示).

1)求打在荧光屏o点的电子速度的大小.

2)推导出电子的比荷的表达式.

对应训练。1.如图所示,一带电荷量为+q、质量为m的小球,从距地面高2h处以一定的初速度水平抛出,在抛出点水平距离为s处有根管口比小球直径略大的竖直细管,细管的上口距地面的竖直高度为h .为使小球能无碰撞地落进管口通过管子,可在管子上方的整个区域内加一个水平向左的匀强电场,求:

1)小球的初速度;

2)应加电场的电场强度;

3)小球落地时的动能;

2.如图所示,半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内,环上套有一质量为m的带正电的珠子,空间存在水平右的匀强电场,珠子受电场力是其重力的 3/4倍;将珠子从环上最低位置a由静止释放,求珠子所能获得的最大动能ek以及最大动能时圆环对珠子的作用力的大小.

3.一根长为l的丝线吊着一质量为m的带电量为q的小球静止在水平向右的匀强电场中,如图所示,丝线与竖直方向成37o角,现突然将该电场方向变为向下且大小不变,不考虑因电场的改变而带来的其他影响,(已知重力加速度为g;,)求:

1)匀强电场的电场强度的大小;

2)求小球经过最低点时丝线的拉力.

5.如图所示,两平行金属板a、b板长l=8 cm,两板间距离d=8 cm,a板比b板电势高300 v,一带正电的粒子带电量q=10-10 c,质量m=10-20 kg。沿电场中心线or垂直电场线飞入电场,初速度v0=2×106 m/s,粒子飞出平行板电场后经过界面 mn、ps间的无电场区域后,进入固定在o点的点电荷q形成的电场区域(设界面ps右边点电荷的电场分布不受界面影响,界面mn、ps垂直中心线or),已知两界面mn、ps相距为12 cm,o点在中心线上距离界面ps为9 cm处,粒子穿过界面ps最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏bc上。 (静电力常数k=9×109 n·m2/c2,sin370=0.

6,cos370=0.8)

1)求粒子穿过界面mn时偏离中心线or的距离多远?

2)试在图上粗略画出粒子运动的全过程轨迹。

3)确定点电荷q的电性并求其电量的大小。

带电粒子在电场中的运动 1

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