第二冊(cè)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

一、教學(xué)目標(biāo)

1．了解帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)——只受電場(chǎng)力，帶電粒子做勻變速運(yùn)動(dòng)。

2．重點(diǎn)掌握初速度與場(chǎng)強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)——類平拋運(yùn)動(dòng)。

3．滲透物理學(xué)方法的教育：運(yùn)用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，不計(jì)粒子重力。

二、重點(diǎn)分析

初速度與場(chǎng)強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，沿電場(chǎng)方向（或反向）做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，垂直于電場(chǎng)方向?yàn)閯蛩僦本�運(yùn)動(dòng)。

三、主要教學(xué)過(guò)程

1．帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況

①     若帶電粒子在電場(chǎng)中所受合力為零時(shí)，即∑F=0時(shí)，粒子將保

持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

例  帶電粒子在電場(chǎng)中處于靜止?fàn)顟B(tài)，該粒子帶正電還是負(fù)電？

 

分析  帶電粒子處于靜止?fàn)顟B(tài)，∑F=0，mg=Eq，因?yàn)樗�受重力豎直向下，所以所受電場(chǎng)力必為豎直向上。又因?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)方向豎直向下，所以帶電體帶負(fù)電。

②若∑F≠0且與初速度方向在同一直線上，帶電粒子將做加速或減速直線運(yùn)動(dòng)。（變速直線運(yùn)動(dòng)）

打入正電荷，將做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

打入負(fù)電荷，將做勻減速直線運(yùn)動(dòng)。

 

 

③若∑F≠0，且與初速度方向有夾角（不等于0°，180°），帶電粒子將做曲線運(yùn)動(dòng)。

mg＞Eq，合外力豎直向下v₀與∑F夾角不等于0°或180°，帶電粒子做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。在第三種情況中重點(diǎn)分析類平拋運(yùn)動(dòng)。

2．若不計(jì)重力，初速度v₀⊥E，帶電粒子將在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)。

復(fù)習(xí)：物體在只受重力的作用下，被水平拋出，在水平方向上不受力，將做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在豎直方向上只受重力，做初速度為零的自由落體運(yùn)動(dòng)。物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)為這兩種運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)。

與此相似，不計(jì)mg，v₀⊥E時(shí)，帶電粒子在磁場(chǎng)中將做類平拋運(yùn)動(dòng)。

板間距為d，板長(zhǎng)為l，初速度v₀，板間電壓為U，帶電粒子質(zhì)量為m，帶電量為+q。

①粒子在與電場(chǎng)方向垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，x=v₀t；在沿電

 

若粒子能穿過(guò)電場(chǎng)，而不打在極板上，側(cè)移量為多少呢？

②

 

 

 

 

 

 

 

 

 

③

 

注：以上結(jié)論均適用于帶電粒子能從電場(chǎng)中穿出的情況。如果帶電粒子沒(méi)有從電場(chǎng)中穿出，此時(shí)v₀t不再等于板長(zhǎng)l，應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行分析。

 

 

 

 

 

設(shè)粒子帶正電，以v₀進(jìn)入電壓為U₁的電場(chǎng)，將做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)電場(chǎng)時(shí)速度增大，動(dòng)能增大，所以該電場(chǎng)稱為加速電場(chǎng)。

進(jìn)入電壓為U₂的電場(chǎng)后，粒子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，設(shè)電場(chǎng)稱為偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)。

 

例1質(zhì)量為m的帶電粒子，以初速度v₀進(jìn)入電場(chǎng)后沿直線運(yùn)動(dòng)到上極板。

（1）物體做的是什么運(yùn)動(dòng)？

（2）電場(chǎng)力做功多少？

（3）帶電體的電性？

 

 

 

 

 

例2  如圖，一平行板電容器板長(zhǎng)l=4cm，板間距離為d=3cm，傾斜放置，使板面與水平方向夾角α=37°，若兩板間所加電壓U=100V，一帶電量q=3×10^-10C的負(fù)電荷以v₀=0.5m/s的速度自A板左邊緣水平進(jìn)入電場(chǎng)，在電場(chǎng)中沿水平方向運(yùn)動(dòng)，并恰好從B板右邊緣水平飛出，則帶電粒子從電場(chǎng)中飛出時(shí)的速度為多少？帶電粒子質(zhì)量為多少？

 

 

 

 

 

例3 一質(zhì)量為m，帶電量為+q的小球從距地面高h(yuǎn)處以一定的初速度水平拋出。在距拋出點(diǎn)水平距離為l處，有一根管口比小球直徑略大的

管子上方的整個(gè)區(qū)域里加一個(gè)場(chǎng)強(qiáng)方向水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)。如圖：

 

求：（1）小球的初速度v；

（2）電場(chǎng)強(qiáng)度E的大��；

（3）小球落地時(shí)的動(dòng)能。

 

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