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利用速度图象分析带电粒子在交变电场中的运动

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利用速度图象分析带电粒子在交变电场中的运动

带电粒子在交变电场中运动的情况比较复杂,由于不同时段受力情况不同、运动情况也就不同,若按常规的分析方法,一般都较繁琐,较好的分析方法就是利用带电粒子的速度图象来分析。在画速度图象时,要注意以下几点: 1.带电粒子进入电场的时刻;

2.速度图象的斜率表示加速度,因此加速度相同的运动一定是平行的直线;

3.图线与坐标轴的围成的面积表示位移,且在横轴上方所围成的面积为正,在横轴下方所围成的面积为负;

4.注意对称和周期性变化关系的应用;

5.图线与横轴有交点,表示此时速度反向,对运动很复杂、不容易画出速度图象的问题,还应逐段分析求解。

下面就举几例利用速度图象解决带电粒子在交变电场中的运动。 一、交变电场按矩形方波规律变化

例1 如图1所示,A、B是一对平行的金属板,在两板间加上一周期为T的交变电压U,A板电势UA=0,B板的电势UB随时间发生周期性变化,规律如图2所示,现有一电子从A板上的小孔进入两极板间的电场区内,设电子的初速度和重力的影响均可忽略。

A.若电子是在t=0时刻进入的,它将一直向B板运动

B.若电子是在t=T/8时刻进入的,它可能时而向B板运动,时而向A板运动,最后打在B板上 C.若电子是在t=3T/8时刻进入的,它可能时而向B板运动,时而向A板运动,最后打在B板上 D.若电子是在t=T/2时刻进入的,它可能时而向B板运动,时而向A板运动

【触类旁通】 (2011·安徽)如下图所示,两平行正对的金属板A、B间加有如图(b)所示的交变电压,一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间P处.若在t0时刻释放该粒子,粒子会时而向A板运动,时而向B板运动,并最终打在A板上,则t0可能属于的时间段是( )

TT3TA.0<t0< B.

【例2】 如图甲所示,两个平行金属板P、Q正对竖直放置,两板间加上如图乙所示的交变电压.t=0时,Q板比P板电势高U0,在两板的正中央M点有一电子在电场力作用下由静止开始运动(电子所受重力可忽略不计),已知电子在0-4t0时间内未与两板相碰.则电子速度方向向左且速度最大的时刻是( )

A.t=t0 B.t=2t0 C.t=3t0 D.t=4t0

9T D.T<t0< 8

例3 如图6所示,是一个匀强电场的电场强度随时间变化的图象,在这个匀强电场中有一个带电粒子,在t=0时刻由静止释放,若带电粒子只受电场力作用,则电场力的作用和带电粒子的运动情况是( )

利用速度图象分析带电粒子在交变电场中的运动

利用速度图象分析带电粒子在交变电场中的运动带电粒子在交变电场中运动的情况比较复杂,由于不同时段受力情况不同、运动情况也就不同,若按常规的分析方法,一般都较繁琐,较好的分析方法就是利用带电粒子的速度图象来分析。在画速度图象时,要注意以下几点:1.带电粒子进入电场的时刻;2.速度图象的斜率表示加速度,因此加速度相同的运动一定是平行的直线;
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