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  • 北京高考丨靜電場丨帶電粒子在電場中運動


    我們從兩個角度進行研究,

    一種是帶電粒子在勻強電場中加速和偏轉的問題,

    另一種是帶電粒子在非勻強電場中做曲線運動的問題,



        粒子在非勻強場中運動    


    先來看看在粒子在非勻強電場中做曲線運動問題

    勇哥在筆畫出來了一個非勻強電場,一個帶電粒子從A點沿著一條曲線運動到B點,在非勻強電場中,通常有四個方向去進行研究:


    第一是在讀題時首先要明確粒子的電性,也就是帶正電還是帶負電;


    第二是要根據(jù)運動軌跡判斷受力的方向,

    粒子受到的力指向曲線的凹側,同時還要沿著電場線的方向,既要指向凹側,還要沿著電線的方向。


    根據(jù)電場的基本性質(zhì)和規(guī)定,

    正電荷受力與電場線方向相同,

    負電荷受力與電場線方向相反。


    所以在明確了電性和受力方向后,就能夠知道電場線方向;還可以反過來,已知電場線的方向,和粒子的受力方向,就可以知道粒子的電性了。


    第三是分析電場力做功,

    電場力做正功時,電勢能減小,動能增加;

    電場力做負功時,電勢能增加,動能減小。



    什么情況下電場力做正功?


    就要看受力方向與位移方向了,如果它們是同向的,做正功,如果是反向的,電場力就要做負功的,同學們應該比較容易可以判斷出來。

    第四個角度是分析A、B兩點的場強、受力、以及加速度大小,

    可以通過直接看電場線,因為它是個非勻強電場,電場線的疏密表示場強的大小。

    電場線密集場強大,受力大,產(chǎn)生的加速度大;

    電場線稀疏場強小,受力小,產(chǎn)生的加速度小。

    以上的就是帶電粒子在非勻強磁場中運動,我們從電性、受力、做功和疏密的角度來進行分析。


        粒子在勻強電場中運動    


    接下來我們說一說,帶電粒子在勻強的電場中運動。

    粒子在勻強電場中加速,可以使用動能定理,

    qU=mv2/2,就可以求出它的速度,v=根號下2qU/m。

    帶電粒子加速之后,進入到一個偏轉場中做類平拋運動,

    把它分解為水平方向的勻速直線運動,和沿電場線方向的勻加速直線運動,


    即L=vt,y=at2/2,其中加速度a=qE/m=qU/md。


    由水平方向的勻速直線運動,可以求出運動的時間 t=L/v;

    再根據(jù)勻變速運動 y=at2/2,帶入化解就可以得到y(tǒng)=qUL2/2mdv2,

    把經(jīng)過加速之后的速度帶入最終得到:y=U2L2/4dU1。(y是與q和m無關的物理量)



    具體的推導過程,勇哥在筆記中寫的比較詳細,但是我們還是要強調(diào)一下,

    偏轉量y與帶電粒子的質(zhì)量m電量q無關,它只與電壓以及板的長度有關,

    y=U2L2/4dU1,希望你能夠自己推導一遍。

    最后再說一下,相似三角形原理


    當粒子做類平拋運動出場后,最后打到了一個熒光屏上,出場后粒子做勻速直線運動,

    我們把直線運動反向延長,延長線會交類平拋運動于水平位移的中點處,

    這樣會構建兩個相似的三角形,其中 y/OP=(L1/2)/[(L1/2)+L2]=L1/(L1+2L2)


    構建出這個相似三角形來,就可以求出粒子最終打到熒光屏上的點到中軸線的距離OP了。

    我們今天分享了

    帶個粒子在非勻強電場中做曲線運動,

    以及帶電粒子在勻強場中的加速、類平拋運動

    和構建相似三角形的題目。


    今天的分享就到這里,希望對你有幫助,咱們明天見。



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