一、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规律),抓住粒子的运动在时间上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。
例1 如图(甲)所示,A,B是两块水平放置的足够长的平行金属板,组成偏转匀强电场,B板接地,A板电势φA随时间变化的情况如图(乙)所示,C,D两平行金属板竖直放置,中间有两正对小孔O1′和O2,两板间电压为U2,组成减速电场。现有一带负电粒子在t=0时刻以一定初速度沿A,B两板间的中轴线O1O1′进入,并能从O1′沿O1′O2进入C,D间。已知带电粒子带电荷量为-q,质量为m,(不计粒子重力)求:
(1)该粒子进入A,B间的初速度v0为多大时,粒子刚好能到达O2孔;
(2)在(1)的条件下,A,B两板长度的最小值;
(3)A,B两板间距的最小值。
[解析] (1)粒子在A,B板间运动时,水平方向做匀速运动,所以进入O1′孔的速度即为进入A,B板间的初速度v0,粒子在C,D间运动,刚好能到达O2孔,由动能定理得qU2=mv
解得v0=。
(2)粒子进入A,B板间后,在一个周期T内,竖直方向上的速度变为初始状态,即v竖=0,若在第一个周期进入O1′孔,则对应两极长度最短,则最短长度
L=v0T=T。
(3)若粒子在的运动过程中刚好打不到A板而返回,则此时两板间距最小,设为d,
有=×2×2
解得d=。
[答案] (1) (2)T (3)