高二物理带电粒子在电场中的运动一 鲁教版

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1、高二物理带电粒子在电场中的运动一鲁教版一.本周教学内容：带电粒子在电场中的运动（一）磁场对运动电荷的作用带电粒子在电场中的运动（一）1、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，受到的电场力与运动方向在同一直线上，做加（减）速直线运动。（2）用功能观点分析：粒子只受电场力作用，动能变化量等于电场力做的功。即：（初速度为零时）；（初速度不为零时）。注意：以上公式适用于一切电场（包括匀强电场和非匀强电场）。2、对粒子偏角的讨论在下图中，设带电粒子的质量为m、带电量为q，以速度垂直于电场线射入匀强偏转电场，偏转电压为，若粒子飞出电场时偏角为θ，则

2、式中，代入得①（1）若不同的带电粒子是从静止经过同一加速电压加速后进入偏转电场的，则由动能定理有②由①②式得：③由③式可知，粒子的偏角与粒子的q、m无关，仅决定于加速电场和偏转电场。即不同的带电粒子从静止经过同一电场加速后进入同一偏转电场后，它们在电场中的偏转角度总是相同的。（2）粒子从偏转电场中射出时的偏距，作粒子速度的反向延长线，设交于O点，O点与电场边缘的距离为x，则④由④式可知，粒子从偏转电场中射出时，就好像是从极板间的处沿直线射出一样。3、带电粒子从加速电场进入偏转电场的讨论带同种电荷的不同粒子经过同一个加速电场进入同一个偏转电场，它们的运动轨迹相同。即偏转位移、

3、偏转角皆相同，如果在偏转电场一侧沿电场方向放一个荧光屏，则荧光屏上只有一个亮点。如下图所示，有：，得（1）；（2）；（3）。4、带电粒子在匀强电场与重力场的复合场中运动由于带电粒子在匀强电场中所受电场力与重力都是恒力，因此其处理方法有下列两种：（1）正交分解法：处理这种运动的基本思想与处理偏转运动是类似的。可以将此复杂的运动分解为两个互相正交的比较简单的直线运动，而这两个直线运动的规律我们是可以掌握的，然后再按运动合成的观点去求出复杂运动的有关物理量。（2）等效“重力”法：将重力与电场力进行合成，如图所示：则等效为“重力”，等效为“重力加速度”5、用能量的观点处理带电粒子在

4、电场中的运动从功能观点出发分析带电粒子的运动问题时，在对带电粒子受力情况和运动情况进行分析的基础上，再考虑恰当的规律解题。如果选用动能定理，要分清有几个力做功，做正功还是负功，是恒力做功还是变力做功，以及初、末状态的动能；如果选用能量守恒定律解题，要分清有多少种形式的能参与转化，哪种能量增加，哪种能量减小。并注意电场力做功与路径无关。例1、（2003年上海卷）为研究静电除尘，有人设计了一盒状容器，容器侧面是绝缘的透明有机玻璃，它的上下底面是面积的金属板，间距L=0.05m，当连接到U=2500V的高压电源正负两极时，能在两金属板间产生一个匀强电场，如下图所示。现把一定量均匀

5、分布的烟尘颗粒密闭在容器内，每有烟尘颗粒个，假设这些颗粒都处于静止状态，每个颗粒带电量为，质量为，不考虑烟尘颗粒之间的相互作用力和空气阻力，并忽略烟尘颗粒所受重力。求合上电键后：（1）经过多长时间烟尘颗粒可以被全部吸附？（2）除尘过程中电场对烟尘颗粒共做了多少功？（3）经过多长时间容器中烟尘颗粒的总动能达到最大？［命题意图］考查带电粒子在匀强电场中的运动，II级要求。［解题思路］（1）由题可知，只要距离上板表面的烟尘能被吸附到下板时，烟尘即被认为全部吸收，烟尘所受电场力为，得。（2）由于板间烟尘颗粒均匀分布，可以认为烟尘的质心位于板间中点位置，因此，除尘过程中电场力对烟尘所

6、做总功为（3）解法一：设烟尘颗粒下落距离为x，则板内烟尘总动能·，当时，达最大，又据，则解法二：假定所有烟尘集中于板中央，当烟尘运动到下板时，系统总动能最大，则，所以答案：（1）0.02s（2）（3）0.014s例2、（2001年上海）一束质量为m、电量为q的带电粒子以平行于两极板的速度进入匀强电场，如下图所示。如果两极板间电压为U，两极板间的距离为d、板长为L。设粒子束不会击中极板，则粒子从进入电场到飞出极板时电势能的变化量为__________。（粒子的重力忽略不计）解析：带电粒子以速度进入匀强电场，在方向上做匀速直线运动，在垂直于极板方向上受电场力的作用，做初速为零的

7、匀加速运动，加速度，离开电场时的速度，电场力对粒子做正功，粒子的动能增加。由能量转化守恒定律可知，粒子电势能的变化量等于粒子动能的增量，则有，，所以粒子从进入电场到飞出极板时电势能的变化量为：答案：磁场对运动电荷的作用一、洛伦兹力与电场力对比（1）受力特点：带电粒子在匀强电场中，无论带电粒子静止还是运动，均受到电场力的作用，且F=qE；带电粒子在匀强磁场中，只有与磁场方向垂直的方向上有速度分量，才受到洛伦兹力且，当粒子静止或平行于磁场方向运动时，不受洛伦兹力。（2）运动特点：带电粒子在匀强电场中，仅受电场力作用时，