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在前面介绍了电场力和能的性质后,就到了具体的运用,本节介绍带电粒子在电场中的具体运用。
带电粒子的种类
(1)m不为零,重力不计:如电子、质子、α粒子(氦)、离子等,除非特殊说明,一般不计重力。
(2)m不为零,需要考虑重力:带电小球、带电液滴、带电油滴等。
带电粒子在电场中的运动
带电粒子在电场中的运动一般分为两类,一类只受电场力,一类除受电场力还受其他力(如重力、洛伦兹力等)。
带电粒子只受电场力作用。
(1)在非匀强电场中的运动。
带电粒子在非匀强电场中运动,所受电场力会发生变化,合外力在变化,加速度在变化,粒子在做非匀变速运动,所以对于粒子在非匀强电场中的运动,一般以定性分析为主。
例题:某电场的电场线分布如图实线所示,一带电粒子仅在电场力作用下经A点运动到B点,运动轨迹如虚线所示.下列说法中正确的是( C)
A. 粒子带正电,其加速度和动能都增大,电势能增大
B. 若粒子带正电,其动能增大,加速度和电势能都减小
C. 粒子带电不确定,其加速度和动能都增大,电势能减小
D. 粒子带负电,其加速度和动能都减小,电势能增大
(2)在匀强电场中的运动。
带电粒子在匀强电场中运动,所受电场力不变,合外力不变,加速度不变,粒子做匀变速运动运动,一般以定量分析为主。
1》带电粒子在匀强电场中做加速(减速)直线运动。(仅受电场力)
如下图所示,电荷量为q,质量为m的带电粒子在平行板电容器左端无初速度释放,两极板电压为u,板间距离为d。
分析:平行板电容器形成的电场为匀强电场,带电粒子在电场力的作用下做匀加速直线运动,在此过程中,带电粒子的电势能和动能相互转化,以上电场我们常叫做加速电场。
加速度:a=F/m=Eq/m
设带电粒子运动到右极板的的速度为v:
2》带电粒子在电场中偏转。(只受电场力)
如下图所示,带电粒子电量为q,质量为m,以初速度Vo垂直于电场方向射入,板间电压为U。此类电场我们一般叫做偏转电场。
分析:带电粒子在电场中受到向下的电场力,水平方向不受力的作用,粒子做类平抛运动,根据运动的独立性以及合成与分解,带电粒子的运动可以分解成水平方向的匀速