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帶電粒子在電場中的運動

2021-11-26 教案

  一、教學目標

  1.了解——只受電場力,帶電粒子做勻變速運動。

  2.重點掌握初速度與場強方向垂直的——類平拋運動。

  3.滲透物理學方法的教育:運用理想化方法,突出主要因素,忽略次要因素,不計粒子重力。

  二、重點分析

  初速度與場強方向垂直的帶電粒子在電場中運動,沿電場方向(或反向)做初速度為零的勻加速直線運動,垂直于電場方向為勻速直線運動。

  三、主要教學過程

  1.帶電粒子在磁場中的運動情況

 、偃魩щ娏W釉陔妶鲋兴芎狭榱銜r,即∑F=0時,粒子將保

  持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。

  例帶電粒子在電場中處于靜止狀態(tài),該粒子帶正電還是負電?

  分析帶電粒子處于靜止狀態(tài),∑F=0,mg=Eq,因為所受重力豎直向下,所以所受電場力必為豎直向上。又因為場強方向豎直向下,所以帶電體帶負電。

 、谌簟艶≠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動。(變速直線運動)

  打入正電荷,將做勻加速直線運動。

  打入負電荷,將做勻減速直線運動。

 、廴簟艶≠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動。

  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動。在第三種情況中重點分析類平拋運動。

  2.若不計重力,初速度v0⊥E,帶電粒子將在電場中做類平拋運動。

  復習: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,將做勻速直線運動,在豎直方向上只受重力,做初速度為零的自由落體運動。物體的實際運動為這兩種運動的合運動。

  與此相似,不計mg,v0⊥E時,帶電粒子在磁場中將做類平拋運動。

  板間距為d,板長為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。

 、倭W釉谂c電場方向垂直的方向上做勻速直線運動,x=v0t;在沿電若粒子能穿過電場,而不打在極板上,側(cè)移量為多少呢?

  ②

 、

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

  設(shè)粒子帶正電,以v0進入電壓為U1的電場,將做勻加速直線運動,穿過電場時速度增大,動能增大,所以該電場稱為加速電場。

  進入電壓為U2的電場后,粒子將發(fā)生偏轉(zhuǎn),設(shè)電場稱為偏轉(zhuǎn)電場。

  例1質(zhì)量為m的帶電粒子,以初速度v0進入電場后沿直線運動到上極板。

  (1)物體做的是什么運動?

 。2)電場力做功多少?

 。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.負電荷以v0=0。5m/s的速度自A板左邊緣水平進入電場,在電場中沿水平方向運動,并恰好從B板右邊緣水平飛出,則帶電粒子從電場中飛出時的速度為多少?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處以一定的初速度水平拋出。在距拋出點水平距離為l處,有一根管口比小球直徑略大的

  管子上方的整個區(qū)域里加一個場強方向水平向左的勻強電場。如圖:

  求:(1)小球的初速度v;

 。2)電場強度E的大。

 。3)小球落地時的動能。

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