带电粒子在交变电场中的运动问题
高中物理每日一点十题之带电粒子在交变电场中的运动
高中物理每日一点十题之带电粒子在交变电场中的运动一知识点1、带电粒子在交变电场中的直线运动电场强度的大小和方向随时间做周期性变化的电场叫作交变电场(常见的产生交变电场的电压波形有方形波、锯齿波、正弦波等).带电粒子从静止开始运动，或平行电场方向射入交变电场，带电粒子在交变电场中做直线运动.此类问题中，带电粒子进入电场时初速度为零，或初速度方向与电场方向平行，带电粒子在交变电场静电力的作用下，做加速、减速交替的直线运动.(1)该类问题通常用动力学知识分析求解.重点分析各段时间内的加速度、运动性质，以及每段时间与交变电场的周期间的关系等.(2)常用v－t图像法来处理此类问题，通过画出粒子的v－t图像，可将粒子复杂的运动过程形象、直观地反映出来，便于求解.2、带电粒子在交变电场中的曲线运动带电粒子以一定的初速度垂直于电场方向进入交变电场，粒子做曲线运动.该类问题的主要特征是：带电粒子的初速度一般很大，粒子通过交变电场时所用时间极短，故可认为粒子在电场中运动时，所受静电力为恒力，则粒子在电场中做类平抛运动，其分析方法及相关结论与示波管的工作原理相同，即带电粒子飞出电场时的偏转位移y与偏转电场的电压U成正比(y ∝U)，同时带电粒子打在屏上的位置偏离中心的位移Y，也与偏转电场的电压U成正比(Y∝U).十道练习题（含答案）一、单选题（共5小题）1. 如图甲所示，A板电势为0，A板中间有一小孔，B板的电势变化情况如图乙所示，一质量为m、电荷量为q的带负电粒子在t＝时刻以初速度为0从A板上的小孔处进入两极板间，仅在电场力作用下开始运动，恰好到达B板。
则( )甲乙A. A、B两板间的距离为B. 粒子在两板间的最大速度为C. 粒子在两板间做匀加速直线运动D. 若粒子在t＝时刻进入两极板间，它将时而向B板运动，时而向A板运动，最终打向B板2. 如图7甲所示，在间距足够大的平行金属板A、B之间有一电子，在A、B之间加上如图乙所示规律变化的电压，在t＝0时刻电子静止且A板电势比B板电势高，则( )图7A. 电子在A、B两板间做往复运动B. 在足够长的时间内，电子一定会碰上A板C. 当t＝时，电子将回到出发点D. 当t＝时，电子的位移最大3. 如图(a)所示，两个平行金属板P、Q竖直放置，两板间加上如图(b)所示的电压．t＝0时，Q板比P板电势高5 V，此时在两板的正中央M点放一个电子，速度为零，电子在静电力作用下运动，使得电子的位置和速度随时间变化．假设电子始终未与两板相碰．在0<t<8×10－10 s的时间内，这个电子处于M点的右侧、速度方向向左且大小逐渐减小的时间是( )A. 0<t<2×10－10 sB. 2×10－10 s<t<4×10－10 sC. 4×10－10 s<t<6×10－10 sD. 6×10－10 s<t<8×10－10 s4. 在平行板电容器A、B两板上加上如图所示的交变电压，开始B板的电势比A板高，这时两板中间原来静止的电子在电场力作用下开始运动，设电子在运动中不与极板发生碰撞，则下述说法正确的是(不计电子重力)( )A. 电子一直向A板运动B. 电子一直向B板运动C. 电子先向A板运动，然后向B板运动，再返回A板做周期性来回运动D. 电子先向B板运动，然后向A板运动，再返回B板做周期性来回运动5. 如图甲所示，两平行正对的金属板A、B间加有如图乙所示的交变电压，一重力可以忽略不计的带正电粒子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( )A. 0＜t0＜B. ＜t0＜C. ＜t0＜TD. T＜t0＜二、多选题（共3小题）6. 带正电的微粒放在电场中，场强的大小和方向随时间变化的规律如图所示．带电微粒只在电场力的作用下由静止开始运动，则下列说法中正确的是( )A. 微粒在0～1 s内的加速度与1～2 s内的加速度相同B. 微粒将沿着一条直线运动C. 微粒做往复运动D. 微粒在第1 s内的位移与第3 s内的位移相同7. 如图所示，两金属板(平行)分别加上如图中的电压，能使原来静止在金属板中央的电子(不计重力)有可能做往返运动的电压图象应是(设两板距离足够大)( )A. B.C. D.8. 如图甲所示，两平行金属板竖直放置，左极板接地，中间有小孔，右极板电势随时间变化的规律如图乙所示．电子原来静止在左极板小孔处(不计重力作用)．下列说法中正确的是( )A. 从t＝0时刻释放电子，电子将始终向右运动，直到打到右极板上B. 从t＝0时刻释放电子，电子可能在两板间振动C. 从t＝时刻释放电子，电子可能在两板间振动，也可能打到右极板上D. 从t＝时刻释放电子，电子必将打到左极板上三、计算题（共2小题）9. 如图甲所示，一对平行金属板M、N长为L，相距为d，O1O为中轴线。
带电粒子在交变电场中的运动轨迹专题
带电粒子在交变电场中的运动轨迹专题
一、交变电场的基本概念
交变电场是指在时域上呈周期性变化的电场。
在交变电场中，
带电粒子的运动方程比直流电场中复杂得多。
二、带电粒子在交变电场中的运动情况
带电粒子在交变电场中会发生两种运动：漂移运动和回旋运动。
1.漂移运动
漂移运动是带电粒子在交变电场的作用下沿着电场方向偏移。
漂移速度与电场强度和频率有关。
2.回旋运动
带电粒子在交变电场的作用下还会发生径向周期运动，这种运
动叫做回旋运动。
三、带电粒子轨迹的计算方法
在交变电场中，带电粒子的运动轨迹比直流电场中复杂得多，
常用的计算方法有以下几种：
1.迭代法
迭代法是用于求解微分方程的常用数值计算方法。
通过将微分方程进行离散化，计算出每个时间点上带电粒子的位置和速度。
2.数值积分法
数值积分法将微分方程转化为积分方程，再通过数值方法计算出每个时间点上带电粒子的位置和速度。
3.分析法
分析法通过对微分方程进行分析，求出带电粒子在交变电场中的运动函数，进而计算出其轨迹。
四、结论
带电粒子在交变电场中的运动轨迹是十分复杂的，需要利用数学计算方法来求解。
研究带电粒子在交变电场中的运动轨迹对于理解带电粒子在电场中的行为规律十分重要，也为电磁波理论的研究提供了基础。
例析带电粒子在交变电场中的运动问题_
例析带电粒子在交变电场中的运动问题作者：王海军来源：《中学生数理化·学研版》2016年第02期带电粒子在交变电场中的运动问题，由于电压（电场）大小方向的变化，往往导致带电粒子的受力状态也是动态变化，运动过程的分析要求相对较高，解题中要有图形分析能力和计算能力，通常情况下，分析好了运动情形后，接下来合理地选择物理规律进行求解：粒子做单向直线运动，一般用牛顿运动定律求解；粒子做往返运动，一般分段研究；粒子做偏转运动，一般根据交变电场特点分段研究。
当然对于物理规律的应用也具有较大的综合性，下面举例进行分析。
一、例题呈现例1如图1甲所示，离子源产生的正离子由离子源飞出时的速度可忽略不计，离子离开离子源后进入一加速电压为U0的加速电场，偏转电场极板间的距离为d，极板长为l=2d，偏转电场的下极板接地，偏转电场极板右端到竖直放置的足够大的荧光屏之间的距离也为l。
现在偏转电场的两极板间接一周期为T的交变电压，上极板的电势随时间变化的图像如图1乙所示。
（设正离子的电荷量为q、质量为m，大量离子从偏转电场中央持续射入，穿过平行板的时间都极短，可以认为离子在穿过平行板的过程中电压是不变的）（1）试计算离子刚进入偏转电场时的速度v0的大小。
（2）在电势变化的过程中发现荧光屏有“黑屏”现象，即无正离子到达荧光屏，试计算每个周期内荧光屏黑屏的时间t。
（3）求离子打到荧光屏上的区间的长度x。
解析：（1）由题意可知，离子刚进入偏转电场时的速度大小恰为离子出加速电场时的速度大小，由动能定理可得qU0=12mv20，解得离子刚进入偏转电场时的速度为v0=2qU0m。
（2）由题意可知，只要正离子能射出偏转电场，即可打到荧光屏上，因此当离子打在偏转电场的极板上时，出现“黑屏”现象。
设离子刚好能射出偏转电场时的偏转电压为U，则有d2=12·qUmd·lv02。
又因为l=2d，所以可得U=U02。
由图1乙可知，在偏转电压U=0.5U0～U0之间变化时，进入偏转电场的离子无法射出偏转电场打在荧光屏上，因此每个周期内出现“黑屏”的时间为t=T2。
例析带电粒子在交变电场中的运动问题
例析带电粒子在交变电场中的运动问题带电粒子在交变电场中的运动问题是物理学和技术物理两个领域最重要的研究课题之一。
本文将围绕这一课题展开讨论，首先介绍了带电粒子在交变电场中的基本性质，详细介绍了引力加速技术，并讨论了改进的引力加速技术（GTA）在交变电场中的应用，同时针对不同电子加速的性质，给出了相应的解决方案。
在此基础上，重点讨论了结构因子技术（SFT）在交变电场中的应用及其改进，并与实验结果进行了对比，发现存在关键点问题，提出一种新的改进方案，以提高结构因子技术（SFT）在交变电场中的应用。
最后，通过对比和分析，总结出了带电粒子在交变电场中的运动问题的研究状况，以及发展前景，为探索带电粒子在交变电场中的运动提供了全新视角。
带电粒子在交变电场中的运动问题是物理学和技术物理的重要研究课题。
传统的引力加速技术（GTA）可以有效地利用交变电场来控制带电粒子的运动。
但是，GTA技术受到其他性质受到限制，例如可以实现超快速度、超高质量等。
因此，研究者提出了改进的GTA技术，它可以结合多种性质，有效改善电子加速的性质，比如，可以实现高精度、超低功耗等。
此外，随着人们对带电粒子在交变电场中的关系的进一步研究，结构因子技术（SFT）也受到了广泛的关注。
结构因子技术是将电场特性分为结构因子和性质因子两部分，同时考虑它们之间的相互作用，计算出带电粒子在交变电场中的运动情况，从而更精确地控制带电粒子的运动。
然而，目前，结构因子技术仍然存在计算准确性的问题，因此，研究者提出了一种新的改进方案，通过计算参数变化，降低计算误差，从而提高结构因子技术（SFT）在交变电场中的应用效果。
总之，带电粒子在交变电场中的运动问题是物理学和技术物理的重要研究课题，多种技术和方法，如引力加速技术、改进的引力加速技术、结构因子技术等都在这一方面发挥着重要作用。
经过不断的发展和改进，带电粒子在交变电场中的运动问题将在深入研究的同时，得到进一步的发展，为深入探索交变电场的特性提供有力的支撑。
第46课时 带电粒子(体)在电场中运动的综合问题 [重难突破课]
![第46课时 带电粒子(体)在电场中运动的综合问题 [重难突破课]](https://img.taocdn.com/s3/m/02e184f72dc58bd63186bceb19e8b8f67c1cefea.png)
解析 （2）若粒子穿过G一次就从电场的右侧飞出，则金属板的
长度最短。由对称性知，此时金属板的长度为L＝2l＝2v0
答案
（2）2v0
。
目录
1.（多选）（2022·全国甲卷）地面上方某区域存在方向水平向右的匀强电场，
将一带正电荷的小球自电场中P点水平向左射出。小球所受的重力和电场力的大
③
设粒子第一次到达G时所用的时间为t，粒子在水平方向的位移大小为l，则有h
＝ at2
④
目录
⑤
l＝v0t
联立①②③④⑤式解得Ek＝ m ＋ qh
l＝v0
答案
。
（1） m ＋ qh
v0
目录
（2）若粒子恰好从G的下方距离G也为h的位置离开电场，则金属板的长度最短
速度且恰能绕O点在竖直平面内沿逆时针方向做圆周运动，重力加速度为g。下
列说法正确的是（
）
tan
A.匀强电场的电场强度E＝
B.小球动能的最小值为Ek＝
2cos
C.小球运动至圆周轨迹的最高点时机械能最小
D.小球从初始位置开始，在竖直平面内运动一周的过程
中，其电势能先减小后增大
目录
解析 小球静止时悬线与竖直方向成θ角，对小
偏
，由题图知t＝0.06 s时刻U偏＝1.8U0，
所以y＝4.5 cm
+
设打在屏上的点距O点的距离为Y，满足 ＝
所以Y＝13.5 cm。
答案
带电粒子在三种典型电场中的运动问题解析
带电粒子在三种典型电场中的运动问题解析张路生淮安贝思特实验学校 江苏 淮安 邮编：211600淮安市经济开发区红豆路8号 tel:带电粒子在电场中的运动是每年高考的热点和重点问题，带电粒子在电场中的运动主要有直线运动、往复运动、类平抛运动等。
考查的类型主要有：带电粒子在点电荷电场中的运动、带电粒子在匀强电场中的运动和带电粒子在交变电场中的运动。
这类试题可以拟定不同的题设条件，从不同角度提出问题，涉及力学、电学的很多关键知识点，要求学生具有较强的综合分析能力。
下面笔者针对三种情况分别归纳总结。
初速度与场强方向的关系 运动形式 υ0∥E 做变速直线运动 υ0⊥E 可能做匀速圆周运动 υ0与E 有夹角 做曲线运动【例1】如图1所示，在O 点放置正点电荷Q ，a 、b 两点连线过O 点，且Oa=ab ，则下列说法正确的是A 将质子从a 点由静止释放，质子向b 点做匀加速运动B 将质子从a 点由静止释放，质子运动到b 点的速率为υ，则将α粒子从a 点由静止释放后运动到b 点的速率为2/2υC 若电子以Oa 为半径绕O 做匀速圆周运动的线速度为υ，则电子以Ob 为半径绕O 做匀速圆周运动的线速度为2υD 若电子以Oa 为半径绕O 做匀速圆周运动的线速度为υ，则电子以Ob 为半径绕O 做匀速圆周运动的线速度为2/2υ 〖解析〗：由于库仑力变化，因此质子向b 做变加速运动，故A 错；由于a 、b 之间电势差恒定，根据动能定理有2/2qU m υ=，可得2/qU m υ=，由此可判断B 正确；当电子以O 为圆心做匀速圆周运动时，有22Qq k m r r υ=成立，可得/kQq mr υ=，据此判断C 错D 对。
答案：BD2、根据带电粒子在电场的运动判断点电荷的电性【例2】 如图2所示，实线是一簇未标明方向的由点电荷Q 产生的电场线，若带电粒子q （|Q|>>|q |）由a 运动到b ，电场力做正功。
带电粒子在交变电场中的运动问题与带电体在等效场中的运动问题(解析版)
带电粒子在交变电场中的运动问题与带电体在等效场中的运动问题一、带电粒子在交变电场中的运动问题1.带电粒子在交变电场中运动的分析方法(1)注重全面分析(分析受力特点和运动规律)，抓住粒子的运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征，求解粒子运动过程中的速度、位移、做功或确定与物理过程相关的边界条件。
(2)分析时从两条思路出发：一是力和运动的关系，根据牛顿第二定律及运动学规律分析；二是功能关系。
(3)注意对称性和周期性变化关系的应用。
2．常见的三类运动形式带电体做单向直线运动、直线往返运动或偏转运动。
【典例1】如图甲所示平行金属板AB 之间的距离为6 cm ，两板间电场强度随时间按图乙所示规律变化。
设场强垂直于金属板由A 指向B 为正，周期T ＝8×10－5 s 。
某带正电的粒子，电荷量为8.0×10－19C ，质量为1.6×10－26kg ，某时刻在两板间中点处由静止释放(不计粒子重力，粒子与金属板碰撞后即不再运动)，则( )A ．若粒子在t ＝0时释放，则一定能运动到B 板 B ．若粒子在t ＝T2时释放，则一定能运动到B 板C ．若粒子在t ＝T4时释放，则一定能运动到A 板D ．若粒子在t ＝3T8时释放，则一定能运动到A 板【答案】 ADt ＝3T 8时释放，则在3T 8～T 2 的时间内粒子向B 板加速运动，位移为x 2′＝12a ⎝⎛⎭⎫T 82＝12×108×(10－5)2m ＝0.5×10－2m ＝0.5 cm ，在T 2～5T 8的时间内粒子向B 板减速运动，位移为x 3′＝x 2′＝0.5 cm ；在5T8～T 的时间内粒子向A板加速运动，位移为x 2″＝12a ⎝⎛⎭⎫3T 82＝12×108×(3×10－5)2m ＝4.5×10－2 m ＝4.5 cm ；因(4.5－2×0.5)cm ＝3.5 cm>3cm ，故粒子能到达A 板，选项D 正确。
带电粒子在交变电场中运动问题的处理策略分析
带电粒子在交变电场中运动问题的处理策略分析作者：严慧来源：《中学物理·高中》2015年第08期带电粒子在交变电场中运动问题一直是高中物理教学中的难点，纵观多年来的高考物理试题，带电粒子在电场中运动问题基本是每年的必考试题之一；因而，在备课复习中物理教师与学生都会花费很多精力进行指导与强化训练，但有时候是事与愿违效果不佳；笔者在自身的教学实践活动中发现：带电粒子在交变电场中运动问题其实是关于力与电场相结合的综合应用问题，在分析问题的过程中紧抓研究对象的受力分析和运动分析，巧妙运用力学基本规律和基本原理进行有效处理相关问题，同时注重物理思维方法与解题技巧的灵活运用，在本文中采取理论与案例相结合的方式，从三个角度分别呈现处理带电粒子在交变电场中运动问题的方法与技巧，以飨读者.1借助于物理图象的直观、形象性，还原复杂的物理过程，获取处理问题的有效方法带电粒子在交变电场中运动往往具有一定的周期性特征，高中学生对于这些问题往往感到头疼，实践表明只有仔细认真弄清楚粒子运动的规律与过程才能快速、准确的解题；物理图象能够直观形象的反映运动过程与规律，这里完全可以借助于v-t图象直观展现粒子运动过程中的特点，有助于获取高效解题的突破口.例1已知在空间存在一变化的电场，其E-t图象如图1所示，当t=0时，在此电场中由静止释放一个重力不计的带电粒子（带电粒子只受电场力作用），则下列说法中正确的是A.带电粒子在2 s末回到原来的出发位置B.带电粒子在3 s末速度变为零C.带电粒子在0～3 s内，电场力做的总功为零D.带电粒子始终向同一个方向运动评析本题是带电粒子在变化电场中运动问题，由于变化电场的不对称性，增加了题目的难度，不少学生感觉困难，在处理的过程中错误现象较多，主要原因是过程复杂且抽象，若借助于带电粒子的v-t图象进行分析，能够有效的将抽象的运动变得形象化；根据题意作出粒子在电场中运动的v-t图象如图2所示，由图象可知：在0～2 s内t轴上下围成的面积之和不等于零，t=3 s时v=0，则0～3 s内动能的变化ΔEk=W合=W电=0，带电粒子在周期T=3 s内位移恰好为零，则带电粒子来回往复运动；则选项A、D错误B、C正确.从本题的剖析来看，v-t 图象的合理应用，能够有效提升学生的解题速度与正确率.2基于运动的合成与分解思想，紧抓运动的独立性特征，巧借分运动化难为易、化繁为简对于高中物理中复杂的运动，有时候借助于运动的合成与分解的思想，在解决问题方面能够达到意想不到的效果，其实也是高中物理有效处理复杂运动问题的重要手段，运动的独立性原理告诉我们：某一个方向上的分运动不会影响其他方向上的分运动，而且合运动的几个分运动具有等时性，这里可以借助于运动的独立性原理分析带电粒子在变化电场中的运动的问题，能够有效的化繁为简，化难为易.例2如图3所示，相距为d的两块平行金属板AB与CD的右端垂直放置一块竖直金属靶MN，在AB和CD两板上加上如图4所示的交变电压；现有电量为q质量为m的带正电的离子束从两板的中点O处沿着OO′方向射入板间，且所有的离子都能打在靶上，在两板间飞行时间均为T；试求：离子束在击中金属靶MN中心O′两侧的范围？评析本题是带电粒子在偏转电场中运动的问题，常见的运动是类平抛运动，但是题中两极板间的电场非匀强电场（变化电场）从而使得运动变得复杂，这种情况下我们只要将运动进行分解，根据受力特点可知：水平方向做匀速直线运动，竖直方向做匀变速运动；在竖直方向上，当离子从t=0，T，2T，3T，…，nT时刻水平进入电场时，离子沿竖直方向先向下做匀加速运动，然后做匀减速运动，且离子能击中O′点下方的最远处，即在前T2内，离子竖直向下的位移可见，本题考查带电粒子在周期性变化的电场中运动问题，带电粒子水平方向与竖直方向上的分运动情况的分析是解题的关键之处.3合理创设物理情境，妙建典型物理模型，达成“它山之石，可以攻玉”的理想效果高中物理问题中很多都是建立在一定的物理理想模型之上来创设的，能够准确反映事物特征的物理模型在利用物理基本概念和基本规律处理实际物理难题的过程中起到举足轻重的作用；实践证明，在实践问题处理过程中，根据题设信息进行合理化简化处理，突出事物反映的基本物理特征，从而快速探寻解题的策略，进而高效解题.评析本题是带电粒子通过交变电场（正弦）的问题，表面一看似乎运动过程比较复杂，不少学生感觉无从下手，难以顺利寻求合理的解题思路与方法，但是通过简单的计算分析发现：电子水平方向通过平行金属板的时间t=Lv=1.25×10-9 s，T=2.0×10-2 s （交变电场的周期），显然电子束通过电场的过程中交变电场变化是十分缓慢的，电压大小的变化对于高速通过极板的过程而已几乎没有影响，完全可以忽略不计；可以认为电子通过极板时电场是恒定的，这时可以构建带电粒子通过匀强电场的模型处理问题；对于带电粒子垂直通过匀强电场问题学生都非常熟悉，处理起来得心应手，具体解析为：水平方向t=Lv，竖直方向12d=12at2=12·eUcmdt2则可得Uc=mv2d2eL2=91 V；可见，对于某些复杂的物理问题进行简化构建常见物理模型是快速、高效处理问题的重要策略之一.总而言之，带电粒子在交变电场中运动问题是高中物理的重点和难点，作为一线的高中物理教师在平时的课堂教学中，应该注重引导学生多角度进行分析思考问题，在典型案例剖析中帮助学生提升分析问题和解决问题的能力，这也是新课改对高中物理课程教学提出的基本要求之一.。
高中物理必修三专题强化训练—带电粒子在交变电场中的运动
高中物理必修三专题强化训练—带电粒子在交变电场中的运动一、带电粒子在交变电场中的直线运动1.此类问题中，带电粒子进入电场时初速度为零，或初速度方向与电场方向平行，带电粒子在交变静电力的作用下，做加速、减速交替的直线运动.2.该问题通常用动力学知识分析求解.重点分析各段时间内的加速度、运动性质、每段时间与交变电场的周期T间的关系等.常用v－t图像法来处理此类问题，通过画出粒子的v－t图像，可将粒子复杂的运动过程形象、直观地反映出来，便于求解.在如图1所示的平行板电容器的两板间分别加如图2甲、乙所示的两种电压，开始B板的电势比A板高.在静电力作用下原来静止在两板中间的电子开始运动.若两板间距足够大，且不计重力，试分析电子在两种交变电压作用下的运动情况，并定性画出相应的v－t图像.图1图2答案见解析解析t＝0时，B板电势比A板高，在静电力作用下，电子向B板(设为正向)做初速度为零的匀加速直线运动.对于题图甲所示电压，在0～12T内电子做初速度为零的正向匀加速直线运动，12T～T内电子做末速度为零的正向匀减速直线运动，然后周期性地重复前面的运动，其速度—时间图像如图(a)所示.对于题图乙所示电压，在0～T2内做类似题图甲0～T的运动，T2～T内电子做反向先匀加速、后匀减速、末速度为零的直线运动.然后周期性地重复前面的运动，其速度—时间图像如图(b)所示.针对训练1(多选)如图3(a)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板的电势φA＝0，B板的电势φB随时间的变化规律如图(b)所示.现有一电子从A板上的小孔进入两板间的电场区域，设电子的初速度和重力可忽略.则()图3A.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＝T8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＝38T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 板运动答案AB 解析根据电子进入电场后的受力情况和运动情况，作出如图所示的图像.由图丁可知，当电子在t ＝0时刻进入电场时，电子一直向B 板运动，A 正确.若电子在T 8时刻进入电场，则由图丁知，电子向B 板运动的位移大于向A 板运动的位移，因此最后仍能打在B 板上，B 正确.若电子在3T 8时刻进入电场，则由图丁知，在第一个周期电子即返回至A 板，C 错误.若电子在T 2时刻进入电场，则它一靠近小孔便受到排斥力，根本不能进入电场，即D 错误.二、带电粒子在交变电场中的曲线运动带电粒子以一定的初速度垂直于电场方向进入交变电场，粒子做曲线运动.(1)若带电粒子的初速度很大，粒子通过交变电场时所用时间极短，故可认为粒子所受静电力为恒力，粒子在电场中做类平抛运动.(2)若粒子运动时间较长，在初速度方向做匀速直线运动，在垂直初速度方向利用v y －t 图像进行分析：①v y ＝0时，速度方向沿v 0方向.②y 方向位移可用v y －t 图像的面积进行求解.如图4甲所示，极板A 、B 间的电压为U 0，极板C 、D 间的间距为d ，荧光屏到C 、D 板右端的距离等于C 、D 板的板长.A 板O 处的放射源连续无初速度地释放质量为m 、电荷量为＋q 的粒子，经电场加速后，沿极板C 、D 的中心线射向荧光屏(荧光屏足够大且与中心线垂直)，当C 、D 板间未加电压时，粒子通过C 、D 板间的时间为t 0；当C 、D 板间加上图乙所示电压(图中电压U 1已知)时，粒子均能从C 、D 板间飞出，不计粒子的重力及粒子间的相互作用.求：图4(1)C 、D 板的长度L ；(2)粒子从C 、D 两极板间飞出时垂直于极板方向偏移的最大距离；(3)粒子打在荧光屏上区域的长度.答案(1)t 02qU 0m (2)qU 1t 022md (3)3qU 1t 022md解析(1)粒子在A 、B 板间，有qU 0＝12mv 02，在C 、D 板间有L ＝v 0t 0，解得L ＝t 02qU 0m .(2)粒子从nt 0(n ＝0,2,4…)时刻进入C 、D 间，偏移距离最大，粒子做类平抛运动，偏移距离y ＝12at 02，加速度a＝qU1 md，解得y＝qU1t02 2md.(3)粒子在C、D间偏转距离最大时打在荧光屏上的位置距中心线最远，从C、D板飞出的偏转角tanθ＝v y v0，v y＝at0，打在荧光屏上的位置距中心线的最远距离s＝y＋L tanθ，粒子打在荧光屏上的区域长度Δs＝s＝3qU1t02 2md.针对训练2(多选)如图5甲所示，两平行金属板MN、PQ的板长和板间距离相等，板间存在如图乙所示的随时间周期性变化的电场，电场方向与两板垂直，不计重力的带电粒子沿板间中线且垂直于电场方向源源不断地射入电场，粒子射入电场时的初动能均为E k0，已知t＝0时刻射入电场的粒子刚好沿上板右边缘垂直电场方向射出电场，不计粒子间的相互作用，则()图5A.所有粒子都不会打到两极板上B.所有粒子最终都垂直电场方向射出电场C.运动过程中所有粒子的最大动能不可能超过2E k0D.只有t＝n T2(n＝0,1,2，…)时刻射入电场的粒子才能垂直电场方向射出电场答案ABC解析带电粒子在垂直于电场方向上做匀速直线运动，在沿电场方向上，做加速度大小不变、方向周期性变化的变速直线运动.由t＝0时刻进入电场的粒子运动情况可知，粒子在平行金属板间运动的时间为周期性变化的电场的周期的整数倍.在0～T2时间内带电粒子运动的加速度a＝E0qm，由匀变速直线运动规律得v y＝at＝E0qmt，同理可分析T2～T时间内的运动情况，所以带电粒子在沿电场方向的速度v y与E－t图线所围面积成正比(时间轴下方的面积取负值).而经过整数个周期，E－t图像与坐标轴所围面积始终为零，故带电粒子离开电场时沿电场方向的速度总为零，B正确，D错误；在t＝0时刻入射的带电粒子，侧向位移最大，故其他粒子均不可能打到极板上，A正确；当粒子在t＝0时刻入射且经过时间T离开电场时，粒子在t＝T2时达到最大速度，此时竖直方向的位移与水平方向的位移之比为1∶2，即v0t＝2×12at2，可得v y＝v0，故粒子的最大速度为v＝2v0，因此最大动能为初动能的2倍，C正确.1.在如图1甲所示的平行板电容器A、B两板上加上如图乙所示的交变电压，开始时B板的电势比A板的高，这时两板中间原来静止的电子(图甲中黑点所示)在静电力作用下开始运动，则下列说法正确的是(不计电子重力)()图1A.电子先向A板运动，然后向B板运动，再返回A板做周期性往返运动B.电子一直向A板运动C.电子一直向B板运动D.电子先向B板运动，然后向A板运动，再返回B板做周期性往返运动答案C2.(多选)带正电的微粒放在电场中，场强的大小和方向随时间变化的规律如图2所示.带电微粒只在静电力的作用下由静止开始运动，则下列说法中正确的是()图2A.微粒在0～1s内的加速度与1～2s内的加速度相同B.微粒将沿着一条直线运动C.微粒将做往复运动D.微粒在第1s内的位移与第3s内的位移相同答案BD解析设微粒的速度方向、位移方向向右为正，作出微粒的v－t图像如图所示.由图可知B、D选项正确.3.在空间中有正方向水平向右、大小按如图3所示图线变化的电场，位于电场中A 点的电子在t＝0时速度为零，在t＝1s时，电子离开A点的距离为l.那么在t＝2s时，电子将处在()图3A.A点B.A点左方l处C.A点右方2l处D.A点左方2l处答案D解析第1s内电场方向向右，电子受到的静电力方向向左，电子向左做匀加速直线运动，位移大小为l，第2s内电子受到的静电力方向向右，由于电子此时有向左的速度，因而电子继续向左做匀减速直线运动，根据运动的对称性，位移大小也是l，t＝2s时电子的总位移大小为2l，方向向左，故选D.4.(多选)如图4甲所示，平行金属板中央有一个静止的电子(不计重力)，两板间距离足够大.当两板间加上如图乙所示的交变电压后，下列四个选项中的图像，反映电子速度v、位移x和加速度a三个物理量随时间t的变化规律可能正确的是()图4答案AD解析由平行金属板间所加电压的周期性可推知粒子加速度的周期性，D项正确；由v＝at可知，A项正确，C项错误；由x＝12at2知x－t图像应为曲线，B项错误.5.(多选)如图5甲所示，两平行金属板竖直放置，左极板接地，中间有小孔，右极板电势随时间变化的规律如图乙所示，电子原来静止在左极板小孔处，不计电子的重力，下列说法正确的是()图5A.若t＝0时刻释放电子，电子始终向右运动，直到打到右极板上B.若t＝0时刻释放电子，电子可能在两板间往返运动C.若t＝T4时刻释放电子，电子可能在两板间往返运动，也可能打到右极板上D.若t＝3T8时刻释放电子，电子必然回到左极板答案AC解析若t＝0时刻释放电子，电子将重复先匀加速后匀减速的运动，直到打到右极板，不会在两极板间做往返运动，所以选项A 正确，B 错误；若t ＝T 4时刻释放电子，电子先做匀加速运动后做匀减速运动，分析易知前T 2内电子可能到达右极板，若前T 2时间内电子未到达右极板，则电子将在两极板间做往返运动，所以选项C 正确；同理，若t ＝3T 8时刻释放电子，电子有可能到达右极板，也有可能回到左极板，这取决于两板间的距离，所以选项D 错误.6.如图6(a)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t 0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t 0可能属于的时间段是()图6A.0<t 0<T 4B.T 2<t 0<3T 4C.3T 4<t 0<T D .T <t 0<9T 8答案B 解析两板间加的是方波电压，刚释放粒子时，粒子向A 板运动，说明释放粒子时U AB 为负，所以选项A 、D 错误；若T 2<t 0<34T ，带正电粒子先加速向A 板运动、再减速运动至零；然后再反方向加速运动、减速运动至零；如此反复运动，每次向左运动的距离大于向右运动的距离，最终打在A 板上，所以选项B 正确；若34T <t 0<T ，带正电粒子先加速向A 板运动、再减速运动至零、然后再反方向加速运动、减速运动至零；如此反复运动，每次向左运动的距离小于向右运动的距离，最终打在B 板上，所以选项C 错误.7.(多选)如图7(a)所示，A 、B 表示真空中水平放置的相距为d 的平行金属板，板长为L ，两板间加电压后板间的电场可视为匀强电场.现在A 、B 两板间加上如图(b)所示的周期性的交变电压，在t ＝0时恰有一质量为m 、电荷量为＋q 的粒子在左侧板间中央沿水平方向以速度v 0射入电场，忽略粒子的重力，则下列关于粒子运动状态的表述中正确的是()图7A.粒子在垂直于板的方向上的分运动可能是往复运动B.粒子在垂直于板的方向上的分运动是单向运动C.只要周期T 和电压U 0的值满足一定条件，粒子就可沿与板平行的方向飞出D.粒子不可能沿与板平行的方向飞出答案BC8.(多选)如图8甲所示，在A 、B 两极板间加上如图乙所示的交变电压，A 板接地，一质量为m 、电荷量为q 的电子在t ＝T 4时刻进入两极板，仅在静电力作用下，由静止开始运动，恰好能到达B 板，则()图8A.A、B两板间的距离为qU0T216mB.电子在两板间的最大速度为qU0mC.电子在两板间做匀加速直线运动D.若电子在t＝T8时刻进入两极板，它将时而向B板运动，时而向A板运动，最终打在B板上答案AB解析电子在静电力作用下，加速度大小不变，方向变化，选项C错误；电子在t＝T4时刻进入两极板，先加速后减速，在t＝3T4时刻到达B板，设A、B两板的间距为d，则12·qU0mdT4＝d2，解得d＝qU0T216m，选项A正确；在t＝T2时电子的速度最大，则v m＝qU0md·T4＝qU0m，选项B正确；若电子在t＝T8时刻进入两极板，在T8～T2内电子做匀加速运动，位移x＝12·qU0md3T82＝9d8>d，说明电子会一直向B板运动并打在B板上，不会向A板运动，选项D错误.9.如图9甲所示，在xOy坐标系中，两平行金属板AB、OD水平放置，OD与x 轴重合，板的左端与原点O重合，板长L＝2m，板间距离d＝1m，紧靠极板右侧有一荧光屏.两金属板间电压U AO随时间的变化规律如图乙所示，变化周期为T＝2×10－3s ，U 0＝1×103V ，一带正电的粒子从左上角A 点，以平行于AB 边v 0＝1000m/s 的速度射入板间，粒子电荷量为q ＝1×10－5C ，质量m ＝1×10－7kg.不计粒子所受重力.求：图9(1)粒子在板间运动的时间；(2)粒子打到荧光屏上的纵坐标的范围；(3)粒子打到荧光屏上的动能.答案(1)2×10－3s (2)范围在0.85m ～0.95m 之间(3)5.05×10－2J解析(1)板间粒子在水平方向上做沿x 轴方向的匀速直线运动，设运动时间为t ，则L ＝v 0t ，t ＝L v 0＝2×10－3s.(2)t ＝0时刻射入的粒子在板间偏转量最大，设为y 1，y 1＝12a U 0q d＝ma ，解得y 1＝0.15m.纵坐标y ＝d －y 1＝0.85m ，t ＝1×10－3s 时刻射入的粒子在板间偏转量最小，设为y 2，y2＝12a，解得y2＝0.05m，纵坐标y′＝d－y2＝0.95m，所以打到荧光屏上的纵坐标的范围在0.85m～0.95m之间.(3)分析可知粒子打到荧光屏上的动能相同，设为E k，由动能定理得：U0dqy2＝E k－12mv02，解得E k＝5.05×10－2J.。
带电粒子在交变电场中的运动问题
带电粒子在交变电场中的运动问题
随着科学技术的不断发展，对于带电粒子在交变电场中的运动问题的研究也日渐深入。
带电粒子在交变电场中的运动是一项重要的物理现象，它不仅具有理论意义，还具有广泛的应用价值。
在交变电场中，电场的方向和大小随着时间不断变化，这就给带电粒子的运动带来了一定的复杂性。
根据电场的变化规律，带电粒子的运动可以分为两种情况：一种是电场方向随时间周期性地变化，另一种是电场大小随时间周期性地变化。
对于前一种情况，当带电粒子在电场方向发生变化时，它将受到电场力的作用，从而产生加速度。
当电场反向时，粒子受力方向也随之改变，从而使粒子在电场中来回运动。
这种交变电场下的粒子运动被称为震荡运动，它的运动轨迹是近似于椭圆形的。
对于后一种情况，当带电粒子在电场大小变化的情况下，将发生速度和加速度的变化。
由于电场强度的周期性变化，粒子将在不同的电场强度下受到不同大小的力，从而改变其速度和轨迹。
这种运动被称为交变电场下的速度调制运动。
在实际应用中，带电粒子在交变电场中的运动问题具有广泛的研究和应用价值。
例如，在电子学中，我们可以利用交变电场中粒子的加速过程来进行粒子的分选和加速。
在核物理学中，可以通过研究带电粒子在交变电场中的散射过程来了解原子核的结构和性质。
总之，带电粒子在交变电场中的运动问题是一个复杂而有趣的物理现象。
通过对这一问题的研究和应用，我们可以深入了解粒子的性质和相互作用，为科学技术的进步做出更大的贡献。
带电粒子在交变电场中的运动问题将继续引起科学家们的兴趣，并为我们带来更多的发现和创新。
2024高考物理一轮复习--带电粒子在电场中的运动(三)--等效重力场、交变电场中的运动
等效重力场、交变电场、力电综合问题一、带电粒子在力电等效场中的圆周运动1．等效重力场物体仅在重力场中的运动是最常见、最基本的运动，但是对于处在匀强电场和重力场中物体的运动问题就会变得复杂一些．此时可以将重力场与电场合二为一，用一个全新的“复合场”来代替，可形象称之为“等效重力场”．2.3．举例二、带电粒子在交变电场中的运动1.此类题型一般有三种情况:一是粒子做单向直线运动(一般用牛顿运动定律求解);二是粒子做往返运动(一般分段研究);三是粒子做偏转运动(一般根据交变电场的特点分段研究)。
2.分析时从两条思路出发:一是力和运动的关系,根据牛顿第二定律及运动学规律分析;二是功能关系。
3.注重全面分析(分析受力特点和运动特点),抓住粒子的运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征,求解粒子运动过程中的速度、位移、做功或确定与物理过程相关的边界条件。
4.交变电场中的直线运动（方法实操展示）5.交变电场中的偏转（带电粒子重力不计，方法实操展示）U -t 图轨迹图v y -t 图三、电场中的力、电综合问题1．带电粒子在电场中的运动(1)分析方法：先分析受力情况，再分析运动状态和运动过程(平衡、加速或减速，轨迹是直线还是曲线)，然后选用恰当的规律解题。
(2)受力特点：在讨论带电粒子或其他带电体的静止与运动问题时，重力是否要考虑，关键看重力与其他力相比较是否能忽略。
一般来说，除明显暗示外，带电小球、液滴的重力不能忽略，电子、质子等带电粒子的重力可以忽略，一般可根据微粒的运动状态判断是否考虑重力作用。
2．处理带电粒子(带电体)运动的方法(1)结合牛顿运动定律、运动学公式、动能定理、能量守恒定律解题。
(2)用包括电势能和内能在内的能量守恒定律处理思路 ①利用初、末状态的能量相等(即E 1＝E 2)列方程。
①利用某些能量的减少等于另一些能量的增加列方程。
(3)常用的两个结论①若带电粒子只在电场力作用下运动，其动能和电势能之和保持不变。
2025高考物理总复习带电粒子在交变电场中的运动
中的运动时间t；
答案
L v0
考点二 带电粒子在交变电场中的偏转
根据题意可知，粒子在电场中，水平方向上做匀速直线运动，若粒子 能够射出电场，则粒子在电场中的运动时间为 t＝vL0
考点二 带电粒子在交变电场中的偏转
(2)若粒子在t＝0时刻射入电场，经过一段时间后从B 板右侧边缘水平射出。 ①定性画出垂直板方向的速度vy(规定竖直向下为正 方向)随时间变化的图像。
考点一 带电粒子在交变电场中的直线运动
4.解题技巧
(1)按周期性分段研究。
φ－t图像
(2)将 U－t图像―转――换→a－t 图像―转――化→v－t 图像。
E－t图像
考点一 带电粒子在交变电场中的直线运动
例1 (2024·江苏宿迁一中月考)一对正对平行金属板上加有如图所示的 电压，在两板的中间位置有一点电荷(不计重力)，在下列哪一时刻由静 止释放该点电荷，它可能永远撞不上金属板 A.0 B.0.5 s末
q1U60mT2，
1234567
由题意可知，经过T4时间电子速度最 大，则最大速度为 vm＝a·T4＝ qmU0， 故 B 正确； 电子在两板间先向右做匀加速直线运动，然后向右做匀减速直线运动， 故C错误；
1234567
若电子在 t＝T8时刻进入两极板间，在T8～ T2时间内电子做匀加速直线运动，位移 x ＝12·a·(38T)2＝98d>d，说明电子会一直向 B 板运动并在T2之前就打在 B 板上，不会向 A 板运动，故 D 错误。
考点二 带电粒子在交变电场中的偏转
例3 如图a所示，水平放置的两正对、平行金属板A、B间加有如图b所
示的交变电压UAB，现有一带电粒子从A板左端边缘以速度v0水平射入电 场。粒子电荷量为＋q，质量为m，不计粒子重力。
带电粒子在交变电场中的运动+课件-2023学年高二上学期物理人教版
带电粒子在交变电场中的运动
一、带电粒子在交变电场中的直线运动 1．此类问题中，带电粒子进入电场时初速度为零，或 初速度方向与电场方向平行，带电粒子在交变静电力 的作用下，做加速、减速交替的直线运动． 2．该问题通常用动力学知识分析求解．重点分析各段 时间内的加速度、运动性质、每段时间与交变电场的 周期T间的关系等． 常用v－t图像法来处理此类问题，通过画出粒子的v－t 图像，可将粒子复杂的运动过程形象、直观地反映出 来，便于求解．
不与极板发生碰撞，则下列说法正确的是(不计电子重力)( C )
A．电子先向A板运动，然后向B板运动，再返回A板做 周期性往返运动 B．电子一直向A板运动 C．电子一直向B板运动 D．电子先向B板运动，然后向A板运动，再返回B板做 周期性往返运动
2．如图(a)所示的两平行金属板P、Q加上(b)图所示电压，t＝0时，
3.如图（a）所示的xOy平面处于匀强电场中，电场方向与X轴 平行，电场强度E随时间t变化的周期为T，变化图线如图（b） 所示，E为+E0时电场强度的方向沿x轴正方向。有一带正电的粒 子P，在某一时刻t0以某一速度v沿Y轴正方向自坐标原点O射入 电场，粒子P经过时间T到达的点记为A（A点在图中未画出）。 若t0=0，则OA连线与Y轴正方向夹角为45°，不计粒子重力： （1）求粒子的比荷； （2）若t0= ，求A点的坐标； （3）若t0= ，求粒子到达A点时的速度。
（1）2×10-8s； （2）0.1m； （3）2.8×107m/s，与 水平45°
例1：如图甲所示，M、N为正对竖直放置的平行金属板，A、B为两板中线
上的两点。当M、N板间不加电压时，一带电小球从A点由静止释放经时间
T到达B点，此时速度为v。若两板间加上如图乙所示的交变电压，t=0时，
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带电粒子在交变电场中的运动问题典型例题:
例1、 A、B两金属板平行放置，在t=0时将电子从A板附近由静止释放，则在A、B两板间加上下列哪个电压时，有可能使电子到不了B
板 ( )
答案:B
例2、如图甲所示，真空室中电极K发出的电子(初速不计)经过电势差为U,的加速电场加速后，沿两水平金肩板C、D间的中心线射入两板间的偏转电场，最后打在荧光屏上。
C D两板间的电势差Ucd随时间变化如图乙所示，设C、D间的电场可看作是均匀的，且两板外无电场。
已知电子的质量为m、电荷量为e(重力不计)，C,D极板长为l,板间距离为d,偏转电压U2,荧光屏距C、D右端的距离为
l/6,所有电子都能通过偏转电极。
求: ?电子通过偏转电场的时间t0
(2)若Ucd的周期T=t0,荧光屏上电子能够到达的区域的长度;
(3)若Ucd的周期T=2 t0,到达荧光屏上O点的电子的动能,
题型攻略:
解带电粒子在交变电场中运动的思维方法
1、注重全面分析，抓住粒子运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征，求解粒子运动过程中的速度，位移，做功或确定与物理过程相关的边界条件
2、分析时从两条思路出发:一是力与运动的关系，根据牛顿第二定律及运动学规律分析;二是功能关系
3、此类问题一般有三种情况:一是粒子做单向直线运动(牛二解决)二是粒子做往返运动(分段研究)，三是粒子做偏转运动(根据交变电场特点分段研究)
举一反三:
1、平行板间加如图所示周期变化的电压，重力不计的带电粒子静止在
平行板中央，从t=0时刻开始将其释放，运动过程无碰板情况(图中，
能定性描述粒子运动的速度图象正确的是( )
A(B(C(D(
【解析】
开始粒子在匀强电场中从静止运动，前半个周期是匀加速运动，后半个周期是匀减速运动，在下一个周期中仍是这样:继续向前匀加速运动，再匀减速运动，这样一直向前运动下去(速度的方向不变，而大小先增大后减小，再增大，再减小( 故选:A
-42、电荷量为q=1×10C的带正电的小物块置于绝缘水平面上，所在空间存在沿水平方向
始终不变的电场，电场强度E的大小与时间t的关系和物块速度v与时间t的关系如图甲、
2乙所示，若重力加速度g取10m/s，根据图象所提供的信息，下列说法正确
的是( )
A(物块在4 S内的总位移x=6m
B(物块的质量m=0.5kg
C(物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.2
D(物块在4s内电势能减少14J
【解析】
A、物块在4 S内的总位移x==6m，A正确;
42N/C时，物体的加速度为B、由题意得，当E=3×10a==1m/s，有牛顿第二定律
4得:qE-f=ma，当E=2×10N/C时，物体匀速运动，则物体受力平衡，qE=f，又f=μmg，代入数据解得:m=1kg，μ=0.2，B错误，C正确;
2D、前4S内电场力做功为W，由动能定理得:W-μmgs=mv，S=6m，由此得:W=12 J，电场力做功大于电势能的减少量，D错误;
故选AC(
3、在真空中水平放置平行板电容器，两极板间有一个带电油滴，电容器两板
间距为d，当平行板电容器的电压为U时，油滴保持静止状态，如图21所示。
当给电容器突然充电使其0
电压增加DU，油滴开始向上运动;经时间Dt后，电容器突然放电使其电压减少DU，又经12过时间Dt，油滴恰好回到原来位置。
假设油滴在运动过程中没有失去电荷，充电和放电的过程均很短暂，这段时间内油滴的位移可忽略不计。
重力加速度为g。
试求: (1)带电油滴所带电荷量与质量之比;
(2)第一个Dt与第二个Dt时间内油滴运动的加速度大小之比;
(3)DU与DU之比。
12
解:(1)油滴静止时 (2分)
则 (1分)
(2)设第一个Dt内油滴的位移为x1，加速度为a1，第二个Dt内油滴的位移为x2，加速度为a2，则
，， (1分)
且 v1=a1Dt， x2=-x1 (1分)
解得 a1:a2=1:3 (1分)
(3)油滴向上加速运动时:，即 (1分) 油滴向上减速运动时
，即 (1分) 则 (1分)
解得 (1分)
课后小练习
1、如图(a)所示，A、B为两块平行金属板，极板间电压为U=1125V，板中央有小孔AB
O和O′(现有足够多的电子源源不断地从小孔O由静止进入A、B之间(在B板右侧，平
-2-3行金属板M、N长L=4×10m，板间距离d=4×10m，在距离M、N右侧边缘L=0.1m12处有一荧光屏P，当M、N之间未加电压时电子沿M板的下边沿穿过，打在荧光屏上的O″并发出荧光(现给金属板M、N之间加一个如图(b)所示的变化电压u，在t=0时刻，1
-19M板电势低于N板(已知电子质量为kg，电量为e=1.6×10C(
(1)每个电子从B板上的小孔O′射出时的速度多大,
(2)打在荧光屏上的电子范围是多少,
(3)打在荧光屏上的电子的最大动能是多少,
解:(1)电场力对电子做功，电子的动能增加;
(2)打在荧光屏上的电子在y方向的位移是电场中的偏转与电场外y方向的运动两部分组成的，要分别计算出;
(3)计算电子的动能要计算电子的合速度(
【解析】
(1)电子经A、B两块金属板加速，有
得
(2)当u=22.5V时，电子经过MN极板向下的偏移量最大，为
Y,d，说明所有的电子都可以飞出M、N( 1
此时电子在竖直方向的速度大小为电子射出极板MN后到达荧光屏P的时间为电子射出极板MN后到达荧光屏P的偏移量为电子打在荧光屏P上的总偏移量为y=y+y=0.012m，方向竖直向下; 12
y的计算方法?:由三角形相似，有
即
解得y=0.012m
(3)当u=22.5V时，电子飞出电场的动能最大，
-16==1.82×10J 2、制备纳米薄膜装置的工作电极可简化为真空中间距为d的两平行极板，如图甲所示，加在极板A、B间的电压作周期性变化，其正向电压
为，反向电压为，电压变化的周期为2r，如图乙所示。
在t=0时，极板B附近的一个电子，质量为m、电荷量为e，受电场作用由静止开始运动。
若整个运动过程中，电子未碰到极板A，且不考虑重力作用。
(1)若，电子在0—2r时间内不能到达极板A，求d应满足的条件; (2)若电子在0—2r时间未碰到极板B，求此运动过程中电子速度随时间t变化的关系; (3)若电子在第N个周期内的位移为零，求k的值。
解: (1)电子在0~f时间内做匀加速运动
加速度的大小 a1= ?
位移 x1=a1T2 ?
在T-2T时间内先做匀减速运动，后反向做匀加速运动
加速度的大小 a2= ?
初速度的大小 v1=a1T ?
匀减速运动阶段的位移 x2= ?
依据题意 d>x1+x2 解得d> ?
(2)在2nT~(2n+1)T,(n=0,1,2, ……,99)时间内 ?
加速度的大小a′2=
速度增量 ?v2=-a′2T ?
(a)当0?t-2nt<T时
电子的运动速度 v=n?v1+n?v2+a1(t-2nT) ?
解得 v=[t-(k+1)nT] ,(n=0,1,2, ……,99) ?
(b)当0?t-(2n+1)T<T时
电子的运动速度 v=(n+1) ?v1+n?v2-a′2[t-(2n+1)T]
解得v=[(n+1)(k+1)T-kl],(n=0,1,2, (99)
(3)电子在2(N-1)T~(2N-1)T时间内的位移x2N-1=v2N-2T+a1T2
电子在(2N-1)T~2NT时间内的位移x2N=v2N-1T-a′2T2
由式可知 v2N-2=(N-1)(1-k)T
由式可知 v2N-1=(N-Nk+k)T
依据题意 x2N-1+x2N=0
解得 k=。