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高中物理
第八章 静电场与粒子运动
带电粒子在交变电场中的偏转
最后
更新:
2024-12-15 14:41
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带电粒子在交变电场中的偏转
1.带电粒子在交变电场中的运动,通常只讨论电压的大小不变、方向做周期性变化(如方波)的情形. 当粒子垂直于交变电场方向射入时,沿初速度方向的分运动为匀速直线运动,沿电场方向的分运动具有周期性. 2.研究带电粒子在交变电场中的运动,关键是根据电场变化的特点,利用牛顿第二定律正确地判断粒子的运动情况.根据电场的变化情况,分段求解带电粒子运动的末速度、位移等. 3.注重全面分析(分析受力特点和运动规律):抓住粒子运动时间上的周期性和空间上的对称性,求解粒子运动过程中的速度、位移、做功或确定与物理过程相关的临界条件. 4.对于锯齿波和正弦波等电压产生的交变电场,若粒子穿过板间的时间极短,带电粒子穿过电场时可认为是在匀强电场中运动. `例`在如图甲所示的极板A、B间加上如图乙所示的大小不变、方向周期性变化的交变电压,其周期为T,现有一电子以平行于极板的速度v0从两板中央OO′射入.已知电子的质量为m、电荷量为e,不计电子的重力,问:  (1)若电子从t=0时刻射入,在半个周期内恰好能从A板的边缘飞出,则电子飞出时速度的大小为多少? (2)若电子从t=0时刻射入,恰能平行于极板飞出,则极板至少为多长? (3)若电子恰能沿OO′平行于极板飞出,电子应从哪一时刻射入?两极板间距至少为多大? 解:(1)由动能定理得 $e \frac{U_0}{2}=\frac{1}{2} m v^2-\frac{1}{2} m v_0^2$ 解得 $v=\sqrt{v_0{ }^2+\frac{e U_0}{m}}$. (2)t=0时刻射入的电子,在垂直于极板方向上做匀加速运动,向A极板方向偏转,半个周期后电场方向反向,电子在该方向上做匀减速运动,再经过半个周期,电子在电场方向上的速度减小到零,此时的速度等于初速度v0,方向平行于极板,以后继续重复这样的运动;要使电子恰能平行于极板飞出,则电子在OO′方向上至少运动一个周期,故极板长至少为L=v0T. (3)若要使电子沿 $O O^{\prime}$ 平行于极板飞出, 则电子在电场方向上应先加速再减速, 减速到零后反向加速、再减速, 每阶段时间相同, 一个周期后恰
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