（高中物理）在电磁场中带电粒子的力和运动.doc

在电、磁场中带电粒子的力和运动《电场》、《磁场》一要深刻理解有关“场〞及场的性质有关概念《电场》局部主要有：电场强度、电势差、电势、电场线、等势面、静电平衡及平行板电容器的电容.《磁场》局部主要有：磁感应强度、磁通量及其变化、磁感线、左、右手定那么等都是重要概念，在复习时不仅要深刻理解概念的内涵，还要熟悉所述物理量之间的关系，如在匀强电场中E＝是联系电场强度和电势差的重要公式，在平行板电容器中U＝是联系加在电容器两端电压和电容器的电容的重要公式.在匀强磁场中R＝是联系带电粒子射入磁场中的速度和回转半径的重要推导式；T＝是联系粒子射入电场中的速度和周期〔频率〕的关联式，左手定那么是判断磁场方向、带电粒子所受洛仑兹力方向以及粒子运动方向的重要定那么．特别要注意的是：在使用时，应与右手定那么区分开来，两者不能混淆，切忌用错.二要掌握带电粒子在场中的受力和运动特点及规律带电粒子在场中的运动可分为：①带电粒子在电场中的加速和偏转，②带电粒子在匀强磁场中的圆周运动，③带电粒子在电场、磁场中的运动，④带电粒子在重力场、电场、磁场三场并存的复合场中的运动.带电粒子的上述运动均是因为受到不同的场力作用的结果，三要是熟悉联系科技、联系实际的物理模型.下面通过典型例题的分析解答来阐述带电粒子在场中运动的特点，解题方法和复习时的注意要点．一、电场中带电粒子的力和运动带电粒子在电场中的受力和运动状态主要有三种：受到平衡力的作用，粒子处于平衡状态；受到变力的作用，粒子处于变速直线运动状态；当所受的合力与粒子初速度方向垂直时，粒子将在电场中发生偏转――粒子将作类平抛运动.解决这类问题，一是由电场知识结合静力学知识，运动学规律和牛顿运动定律求解；二是从能量角度求解，有时从能量角度考虑会更方便一些.常见的带电粒子有：电子、质子、α粒子、离子等.因这些粒子的重力较电场力小得多，常常忽略不计；另一类粒子，像带电微粒、油滴、尘埃等，因重力相对电场力较大，常不可忽略.〔1〕带电粒子的平衡：带电粒子在电场中处于静止状态，设匀强电场的两极板电压为U，板间距离为d.那么mg=qE,q＝〔2〕带电粒子的加速：①运动状态分析，带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到的电场力与运动方向在同一直线上，粒子做匀加〔减〕速直线运动.②用功能观点分析，粒子动能的变化量等于电场力做的功〔电场可以是匀强电场，也可以是非匀强电场〕假设粒子初速为零，那么假设粒子初速度为v0，那么－〔3〕带电粒子的偏转〔限于匀强电场〕：假设带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时，受到恒定与初速度方向成90°角的电场力作用而作匀变速曲线运动，处理方法与平抛运动的处理方法相同.应用运动的合成与分解的知识、方法求解：沿初速度的方向为匀速直线运动，有：l=v0t沿电场力方向为初速度为零的匀加速直线运动，有：a=离开电场时偏移量y=离开电场时偏转角：tan=【例1】如下列图，虚线a、b、c表示O处点电荷的电场中的三个等势面，设两相邻等势面的间距相等.一电子射入电场后的运动轨迹如图中实线所示，其中1、2、3、4表示运动轨迹与等势面的一些交点.由此可以判定A.O处的点电荷一定带正电B.a、b、c三个等势面的电势关系是φa>φb>φc12=2W34D.电子在1、2、3、4四个位置处具有的电势能与动能的总和一定相等【解析】做曲线运动的物体所受合力应指向轨迹的内侧，故O处的点电荷应带负电，且φa<φb<φc.由于越靠近点电荷场强越大，故U12>2U43，那么W12>2W34.由以上分析，可知选项ABC均不正确，电子只受电场力，故其电势能与动能的总和守恒，所以只有选项D是此题的答案.【注意要点】此题考查的知识内容有电势、电势差、等势面、电场力做功、电势能、带电粒子的动能、带电粒子在电场中的运动，解题时运用到的规律有能量守恒定律．解答此题时必须抓住两个关键：其一是点电荷的电场是非匀强电场，两相邻等势面的间距相等，但两相邻等势面之间的电势差不相等。因此电子在电场中通过相邻的两等势面电场力做功不相等；其二是带电粒子在电场中运动时，假设粒子的重力不计，因而也不涉及到重力势能的变化，电场力做功，必然引起电势能的变化.在此情况下，解题时要紧紧抓住能量守恒的规律，带电粒子的电势能和动能可以相互转化，但电势能和动能总和将保持不变，运动过程中，假设电势能减少，动能必然增加，反之亦然．AB＋－＋－dε【例2】〔全国卷I第25题〕有个演示实验，在上下面都是金属板的玻璃盒内，放了许多用锡箔纸揉成的小球，当上下板间加上电压后，小球就上下不停地跳动。现取以下简化模型进行定量研究。如下列图，电容量为C的平行板电容器的极板A和B水平放置，相距为d,与电动势为ε、内阻可不计的电源相连。设两板之间只有一个质量为m的导电小球，小球可视为质点。：