关于带电粒子在电场的运动问题,高考题中经常出现,下面我们先看一个例题:
例:如图所示,质量为m电荷量为q的带电粒子以平行于极板的初速度v0射入长L板间距离为d的平行板电容器间,两板间电压为U,求射出时的侧移、偏转角和动能增量.
解:分解为两个独立的分运动:平行极板的匀速运动(运动时间由此分运动决定)
结论一、不同带电粒子从静止进入同一电场加速后再垂直进入同一偏转电场,射出时的偏转角度总和位移偏转量y是相同的,与粒子的q、m无关。
例1.如图所示,电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动,然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中,射入方向跟极板平行,整个装置处在真空中,重力可忽略,在满足电子能射出平行板区的条件下,下述四种情况中,一定能使电子的偏转角θ变大的是( )
A.U1变大、U2变大B.U1变小、U2变大
C.U1变大、U2变小D.U1变小、U2变小
解析:电子在加速电场中由动能定理得
结论二、粒子垂直进入电场偏转射出后,速度的反向延长线与初速度延长线的交点为粒子水平位移中点。(粒子好像是从中点直线射出!)
例2.证明:在带电的平行金属板电容器中,只要带电粒子垂直电场方向射入(不一定在正中间),且能从电场中射出如图所示,则粒子射入速度v0的方向与射出速度vt的方向的交点O必定在板长L的中点.
证明:粒子从偏转电场中射出时偏距
结论三、粒子垂直飞入电场偏转射出时,速度偏转角正切值(
例3.(2009山东)如图甲所示,建立Oxy坐标系,两平行极板P、Q垂直于y轴且关于x轴对称,极板长度和板间距均为l,第一四象限有磁场,方向垂直于Oxy平面向里。位于极板左侧的粒子源沿x轴间右连接发射质量为m、电量为+q、速度相同、重力不计的带电粒子在0~3t时间内两板间加上如图乙所示的电压(不考虑极边缘的影响)。已知t=0时刻进入两板间的带电粒子恰好在t0时,刻经极板边缘射入磁场。上述m、q、l、l0、B为已知量。(不考虑粒子间相互影响及返回板间的情况)(1)求电压U的大小。(2)求
解析:(1)
(2)
点评:本题是高考真题,考查的是带电粒子在匀强电场、匀强磁场中的运动。
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