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第45讲 电容 带电粒子在电场中的运动
的带电粒子,粒子最后落在金属板上.(不计粒子重力) (1)求在下落过程中电场力对粒子做的功. (2)求粒子打在板上的动能. (3)画出粒子大致的轨迹和最后落在金属板上形成的图形. (4)计算此图形面积的大小. 图45-12甲 【解析】(1)W=qEh =100×10-12×0.8 J=8×10-11 J. (2)W=Ek2-Ek1 Ek2=8×10-11+2×10-15× J=1.2×10-10 J. (3)粒子大致的轨迹和最后落在金属板上所形成的图形如图45-12乙所示,图形的外表面由水平射出的带电粒子的轨迹围成. (4)根据类平抛运动的规律得: 代入数据解得:t=5.66×10-3 s 图45-12乙的圆半径r=v0t=1.13 m 圆面积S=πr2=4.0 m2. 【答案】(1)8×10-11 J (2)1.2×10-10 J (3)如图45-12乙所示 (4)4.0 m2 图45-12乙 方法概述 当带电粒子仅受电场力作用,以初速度v0垂直进入匀强电场时,粒子做类平抛运动.带电粒子在垂直于场强方向做匀速直线运动,在平行电场方向做匀加速直线运动.同学们在学习过程中不要死记公式,要掌握公式的推导方法,但记住一些推论对提高解题速度还是有帮助的. 如:(1)带电粒子从偏转电场中射出时速度的反向延长线交入射方向的延长线于电容器的中心(所以粒子都好像从电容器中点沿直线射出);(2)由静止从同一电场U0加速后从同一点垂直进入同一偏转电场的任何带电粒子有相同的轨迹. 变式训练 示波器是一种常见的电学仪器,可以在荧光屏上显示出被检测的电压随时间的变化情况.如图45-13甲所示,电子经电压u1加速后进入偏转电场.下列关于所加竖直偏转电压u2、水平偏转电压u3与荧光屏上所得的图形的说法中,正确的是( ) 图45-13甲 A.如果只在u2上加上如图45-13乙所示的电压,则在荧光屏上看到的图形如图1所示 B.如果只在u3上加上如图45-13丙所示的电压,则在荧光屏上看到的图形如图2所示 C.如果同时在u2和u3上分别加上如图45-13乙、丙所示的电压,则在荧光屏上看到的图形如图3所示 D.如果同时在u2和u3上分别加上如图45-13乙、丙所示的电压,则在荧光屏上看到的图形如图4所示 图45-13 丁 【解析】根据示波管的原理可判断选项A、B、D正确. 【答案】ABD 高考排雷 例 如图45-14甲所示,一摆球的质量为m,带正电荷量为q,摆长为L,固定在O点.匀强电场方向水平向右,场强 ,摆球的平衡位置在C点,与竖直方向的夹角为θ.开始时让摆球位于与O点处于同一水平位置的A点,且摆绳拉直,然后无初速度释放摆球,求摆球在C点时的速度及此时摆绳对球拉力的大小.(结果用m、g、L表示) 图45-14甲 【错解】很多同学在求解这道题时,对全过程进行整体思维.设质点到达C点时的速度为v,因摆球受到重力和电场力的作用,则这两个力的合力 ,与场强的夹角为45°,根据能量守恒定律可得: 解得: 设摆球在C点的绳对摆球的拉力为T,则: 解得: . 【剖析】这些同学没有弄清楚物理过程,摆球先沿直线匀加速运动到O点的正下方B点,绳恰好拉直绷紧,此瞬时过程有机械能的损失,再接着由B到C做圆周运动.所以摆球由A到 C的过程机械能是不守恒的. 【正解】如图45-14乙所示,摆球在合力F0的作用下沿AB方向做匀加速运动.设运动到B点时的速度大小为vB,则: (B点在O点正下方向) 解得: 图45-14乙 达到B点后,绳迅速绷紧,摆球沿绳方向上的动量损失,摆球只获得水平方向的速度vB′. vB′=vBcos 45°= 设摆球摆到C点的速度为vC,这里θ=45°,则根据动能定理有: qELsin θ-mgL(1-cos θ)= mvC2- mvB′2 解得: 设在C点时绳对摆球的拉力为T,则有: T-F0=m 解得:T= . 【答案】 体验成功 1.(2009年黄冈3月模拟)图45-15所示的电路可将声音信号转化为电信号.该电路中,b是固定不动的金属板, a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜, a、b构成了 一个电容器,且通过导线与恒定电源两极相接.若
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