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带电粒子在电场中的运动及综合应用
发布者:本站编辑 发布时间:2010-3-5 阅读:4142次 【字体:

 

  【知识要点】

  一、带电粒子在电场中平衡
  对于电场中的带电粒子、离子等质量极小的微观粒子,(质子的质量在10-27kg数量级,电子的质量在10-30kg数量级)它们所受的重力极小,与它们在电场中受到的电场力相比,可以忽略不计;而对于“微粒、液滴、油滴、小球”这样的宏观物体,因为它们是由无数微观粒子组成的,它们所受的重力与所受的电场力比较不能忽略。

  1、物体的平衡条件。物体所受的合外力为零,将保持静止状态或匀速直线运动状态。

  2、这一节的学习方法:将力学知识迁移到电学中来
     二、用功能关系分析带电粒子在电场中的运动
  1、电场力及电场力做功的特点
  (1)电场力与带电粒子所处的运动状况无关,在匀强电场中的电场力是一个恒力,在点电荷电场中的电场力是一个中心力,受力方向一定沿着电场线.

  (2)电场力做功与带电粒子的具体路径无关,仅由始末位置的电势差决定.当带电粒子同时受到除电场力以外的其他力作用时,电场力的功对应着电势能的变化,合力的功对应着动能的变化.

  2、注意分清微观粒子和普通带电微粒
  研究微观粒子(如电子、质子、α粒子等)在电场中的运动,通常不必考虑其重力及运动中重力势能的变化;研究普通的带电微粒(如油滴、尘埃等)在电场中的运动,必须考虑其重力及运动中重力势能的变化.

  3、研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索
  带电粒子在电场中的运动,是一个综合电场力、电势能的力学问题,研究的方法与质点动力学相同,它同样遵循运动的合成与分解、力的独立作用原理、牛顿运动定律、动量定理、动能定理、功能原理等力学规律.研究时,主要可以按以下两条线索展开.

  (1)力和运动的关系——牛顿第二定律
  根据带电粒粒子受到的电场力,用牛顿第二定律找出加速度,结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等.这条线索通常适用于恒力作用下做匀变速运动的情况.

  (2)功和能的关系——动能定理
  根据电场力对带电粒子所做的功,引起带电粒子的能量发生变化,利用动能定理或从全过程中能量的转化,研究带电粒子的速度变化,经历的位移等.这条线索同样也适用于不均匀的电场.

  4、研究带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧
  (1)类比与等效
  电场力和重力都是恒力,在电场力作用下的运动可与重力作用下的运动类比.例如,垂直射入平行板电场中的带电粒子的运动可类比于平抛,带电单摆在竖直方向匀强电场中的运动可等效于重力场强度g值的变化等.

  (2)整体法(全过程法)
  电荷间的相互作用是成对出现的,把电荷系统的整体作为研究对象,就可以不必考虑其间的相互作用.

  电场力的功与重力的功一样,都只与始末位置有关,与路径无关.它们分别引起电荷电势能的变化和重力势能的变化,从电荷运功的全过程中功能关系出发(尤其从静止出发末速度为零的问题)往往能迅速找到解题入口或简化计算.


  


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