第9节 带电粒子在电场中的运动 要点一 处理带电粒子在电场中运动的两类基本思维程序 1．求解带电体在电场中平衡问题的一般思维程序 这里说的“平衡”，即指带电体加速度为零的静止或匀速直线运动状态，仍属“静力学”范畴，只是带电体受的外力中多一静电力而已． 解题的一般思维程序为： (1)明确研究对象． (2)将研究对象隔离开来，分析其所受全部外力，其中的静电力要根据电荷正、负和电场的方向来判定． (3)根据平衡条件(?F＝0)列出方程，求出结果． 2．用能量观点处理带电体在电场中的运动 对于受变力作用的带电体的运动，必须借助于能量观点处理．即使都是恒力作用的问题，用能量观点处理也显得简洁．具体方法常有两种： (1)用动能定理处理的思维程序一般为： ①弄清研究对象，明确所研究的物理过程． ②分析物体在所研究过程中的受力情况，弄清哪些力做功，做正功还是负功． ③弄清所研究过程的始、末状态(主要指动能)． ④根据W＝ΔEk列出方程求解． (2)用包括电势能和内能在内的能量守恒定律处理，列式的方法常有两种： ①从初、末状态的能量相等(即E1＝E2)列方程． ②从某些能量的减少等于另一些能量的增加(即ΔE＝ΔE′)列方程． 要点二 在带电粒子的加速或偏转问题中对粒子重力的处理 若所讨论的问题中，带电粒子受到的重力远远小于静电力，即mg qE，则可忽略重力的影响．譬如，一电子在电场强度为4.0×103 V/m的电场中，它所受到的静电力F＝eE＝6.4×10－16 N，它所受的重力G＝mg＝9.0×10－30 N(g取10 N/kg)，＝7.1×1013.可见，重力在此问题中的影响微不足道，应该略去不计．此时若考虑了重力，反而会给问题的解决带来不必要的麻烦，要指出的是，忽略粒子的重力并不是忽略粒子的质量． 反之，若是带电粒子所受的重力跟静电力可以比拟，譬如，在密立根油滴实验中，带电油滴在电场中平衡，显然这时就必须考虑重力了．若再忽略重力，油滴平衡的依据就不存在了． 总之，是否考虑带电粒子的重力要根据具体情况而定，一般说来： (1)基本粒子：如电子、原子、α粒子、离子等除了有说明或有明确的暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略质量)． (2)带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力． 要点三 由类平抛运动规律研究带电粒子的偏转 带电粒子以速度v0垂直于电场线的方向射入匀强电场，受到恒定的与初速度方向垂直的静电力的作用，而做匀变速曲线运动，也称为类平抛运动．可以应用运动的合成与分解的方法分析这种运动． 1．分析方法 图1－9－2 如图1－9－2所示，其中t＝，a＝＝＝ 则粒子离开电场时的侧移位移为：y＝ 粒子离开电场时的偏转角 tan θ＝＝ 2．对粒子偏转角的讨论 粒子射出电场时速度的反向延长线与电场中线相交于O点，O点与电场边缘的距离为l′，则：tan θ＝ 则l′＝＝＝ 即tan θ＝ 示波器是怎样实现电信号观察功能的？ 1．示波器是用来观察电信号随时间变化情况的仪器，其核心部件是示波管． 2．示波管的构造：电子枪、偏转电极、荧光屏． 3．工作原理(如图1－9－3所示) 利用带电粒子在电场中的加速和偏转的运动规律． 图1－9－3 4．如果在偏转电极XX′和YY′之间都没有加电压，则电子枪射出的电子沿直线运动，打在荧光屏中心，在那里产生一个亮斑． 5．信号电压：YY′所加的待测信号的电压． 扫描电压：XX′上机器自身的锯齿形电压． 若所加扫描电压和信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内变化的图象． 6．若只在YY′之间加上如图1－9－4甲所示电压，电子在荧光屏上将形成一条竖直亮线，若再在XX′之间加上图乙所示电压，则在屏上将看到一条正弦曲线． 图1－9－4 一、带电粒子的加速 【例1】 如图1－9－5所示， 图1－ ... ...
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