9.带电粒子在电场中的运动
一、带电粒子的加速
如图所示，质量为m，带正电荷q的粒子，在静电力作用下由静止开始从正极板向负极板运动的过程中．
qU
二、带电粒子的偏转
1．进入电场的方式：以初速度v0垂直于电场线方向进入匀强电场．
2．受力特点：电场力大小 ，且方向与初速度v0的方向 ．
3．运动特点：做 运动，与力学中的 类似．
恒定
垂直
匀变速曲线
抛体运动
4．运动规律(如图所示)：
三、示波管的原理
1．构造
示波管是示波器的核心部件，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由 (由发射电子的灯丝、加速电极组成)、 (由偏转电极XX′和偏转电极YY′组成)和 组成，如图所示．
电子枪
偏转电极
荧光屏
2．原理
灯丝被电源加热后，发射热电子，发射出来的电子经加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如在电极YY′之间加一个 ，在XX′偏转电极上加一 且扫描电压与信号电压周期相同，在荧光屏上就会出现按YY′偏转电压规律变化的可视图象．
信号电压
扫描电压
可以从动力学和功能关系两个角度进行分析，其比较如下：
(1)对带电粒子进行受力分析、运动特点分析、力做功情况分析是选择解题规律的关键．
(2)选择解题的方法是优先从功能关系角度考虑，应用功能关系列式简单、方便，不易出错．
如图所示，电子由静止开始从A板向B板运动，到达B板的速度为v，保持两板间的电压不变，则(　　)

A．当减小两板间的距离时，速度v增大
B．当减小两板间的距离时，速度v减小
C．当减小两板间的距离时，速度v不变
D．当减小两板间的距离时，电子在两板间运动的时间变长
答案：　C
如图所示，电荷量和质量都相同的带正电粒子以不同的初速度通过A、B两板间的加速电场后飞出，不计重力的作用，则(　　)
A．它们通过加速电场所需的时间相等
B．它们通过加速电场过程中动能的增量相等
C．它们通过加速电场过程中速度的增量相等
D．它们通过加速电场过程中电势能的减少量相等
解析：　由于电量和质量相等，因此产生的加速度相等，初速度越大的带电粒子经过电场所用时间越短，A错误；加速时间越短，则速度的变化量越小，C错误；由于电场力做功W＝qU与初速度及时间无关，因此电场力对各带电粒子做功相等，则它们通过加速电场的过程中电势能的减少量相等，动能增加量也相等，B、D正确．
答案：　BD
如图所示，一束电子从静止开始经加速电压U1加速后，以水平速度射入水平放置的两平行金属板中间，金属板长为l，两板距离为d，竖直放置的荧光屏距金属板右端为L.若在两金属板间加直流电压U2时，光点偏离中线，打在荧光屏上的P点，求OP为多少？
(4)确定粒子经偏转电场后的动能(或速度)的两种方法
思路1：
如图所示，有一质子(电荷量为e)经电压U0加速后，进入两块间距为d、电压为U的平行金属板间．若质子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电场，求：
(1)金属板AB的长度；
(2)电子穿出电场时的动能．
6．带电粒子在电场、重力场中的运动的分析方法
1．带电粒子的分类
(1)基本粒子
如电子、质子、α粒子He、离子等，除有说明或有明确的暗示以外，此类粒子一般不考虑重力(但并不忽略质量)．
(2)带电微粒
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．
2．处理带电粒子在电场中运动问题的一般步骤：
(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；
(3)分析物体的运动状态；
(4)根据物体运动过程所满足的规律列方程求解．
两平行金属板A、B水平放置，一个质量为m＝5×10－6 kg的带电粒子，以v0＝2 m/s的水平初速度从两板间的正中央位置射入电场，如图所示，A、B两板间距离d＝4 cm，板长l＝10 cm.
(1)当A、B间电压为UAB＝1 000 V时，粒子恰好不偏转，求该粒子的电性和电荷量．
(2) 令B板接地，欲使该粒子射出偏转电场，求A板所加电势的范围．(g取10 m/s2)
——求解本题的基本思路：
◎ 教材资料分析
〔思考与讨论〕——P34
上述问题中，两块金属板是平行的，两板间电场是匀强电场．如果两极板是其他形状，中间的电场不再均匀，上面的结果是否仍然适用？为什么？
〔思考与讨论〕——P36
1．如果在电极XX′之间不加电压……
2．如果在电极XX′之间不加电压……
3．如果YY′之间的电压……
4．如果YY′之间的电压……
点拨：　(1)如果仅在YY′之间加不变的电压，使Y板电势比Y′高，电子束将受到指向Y板方向上的电场力，在荧光屏的正Y轴上将出现一个亮斑．如图c所示，如果仅在XX′之间加不变的电压，使X的电势比X′高，在荧光屏的正X轴上将出现一个亮斑．如图d所示．
c　　　　　　　　d　　　　　　　　e
(2)如果仅在YY′之间加如图a所示的电压，在荧光屏上会看到Y轴上一条竖直的亮线，如图e所示．
(3)如果在YY′之间加图a所示的电压，而在XX′之间加不变的电压(X正、X′负)，在荧光屏上会看到一条与Y轴平行的竖直的亮线(在第Ⅰ、Ⅳ象限)，如图f所示．
　f　　　　　　　　　　　　g
(4)如果在YY′之间加如图g所示的电压，同时在XX′之间加图b所示的电压，按上面提示描点，作出图象如图g所示．
1.(2012·北京朝阳区联考)如图所示，在某一真空中，只有水平向右的匀强电场和竖直向下的重力场，在竖直平面内有初速度为v0的带电微粒，恰能沿图示虚线由A向B做直线运动．那么(　　)
A．微粒带正、负电荷都有可能　　
B．微粒做匀减速直线运动
C．微粒做匀速直线运动
D．微粒做匀加速直线运动
解析：　微粒做直线运动的条件是速度方向和合外力的方向在同一条直线上，只有微粒受到水平向左的电场力才能使得合力方向与速度方向相反且在同一条直线上，由此可知微粒所受的电场力的方向与场强方向相反，则微粒必带负电，且运动过程中微粒做匀减速直线运动，故B正确．
答案：　B
2.如图所示，在点电荷＋Q的电场中有A、B两点，将质子和α粒子分别从A点由静止释放到达B点时，它们的速度大小之比为多少？
3．带电粒子经加速电场加速后垂直进入两平行金属板间的偏转电场，要使它离开偏转电场时偏转角增大，可采用的方法有(　　)
A．增加带电粒子的电荷量
B．增加带电粒子的质量
C．增大加速电压
D．增大偏转电压
答案：　D
4．带电粒子垂直进入匀强电场中偏转时(除电场力外不计其它力的作用)下列说法中正确的是(　　)
A．电势能增加，动能增加
B．电势能减小，动能增加
C．电势能和动能都不变
D．上述结论都不正确
解析：　在带电粒子垂直进入匀强电场偏转过程中，电场力对粒子做正功，根据动能定理，粒子的动能增加，根据电场力做功与电势能的关系，电势能减小，选项B正确．
答案：　B
解析：　

答案：　C
6.如图所示，A、B两块带异号电荷的平行金属板间形成匀强电场，一电子以v0＝4×106 m/s的速度垂直于场强方向沿中心线由O点射入电场，从电场右侧边缘C点飞出时的速度方向与v0方向成30°的夹角．已知电子电荷e＝1.6×10－19 C，电子质量m＝0.91×10－30 kg.求：
(1)电子在C点时的动能是多少J?
(2)O、C两点间的电势差大小是多少V?
答案：　(1)9.7×10－18 J　(2)15.2 V
［练规范、练速度、练技能］
知能综合训练