帶電粒子在電場中的運動

帶電粒子在電場中的運動

　　一、教學目標

　　1．瞭解——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，垂直於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

　　①若帶電粒子在電場中所受合力為零時，即∑F=0時，粒子將保

　　持靜止狀態或勻速直線運動狀態。

　　例帶電粒子在電場中處於靜止狀態，該粒子帶正電還是負電？

　　分析帶電粒子處於靜止狀態，∑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。

　　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。

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

　　mg＞Eq，合外力豎直向下v0與∑F夾角不等於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。

　　複習：物體在只受重力的作用下，被水平丟擲，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，帶電粒子質量為m，帶電量為+q。

　　①粒子在與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，側移量為多少呢？

　　②

　　③

　　注：以上結論均適用於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不再等於板長l，應根據情況進行分析。

　　設粒子帶正電，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的電場後，粒子將發生偏轉，設電場稱為偏轉電場。

　　例1質量為m的帶電粒子，以初速度v0進入電場後沿直線運動到上極板。

　　（1）物體做的是什麼運動？

　　（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，並恰好從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？帶電粒子質量為多少？

　　例3一質量為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丟擲。在距丟擲點水平距離為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的大小；

　　（3）小球落地時的動能。