带电粒子在复合场中的运动ppt精.ppt

带电粒子在复合场中的运动ppt第1页，本讲稿共31页如右图所示,沿坐标轴方向射入一带电粒子流,粒子流在空间产生磁场,要使第四象限能产生垂直纸面向外的磁场,则该带电粒子流可能为()第2页，本讲稿共31页A.沿x轴正向的正离子流B.沿x轴正向的负离子流C.沿y轴正向的正离子流D.沿y轴正向的负离子流答案:BD第3页，本讲稿共31页dBev如图所示，一束电子（电量为如图所示，一束电子（电量为e)e)以速度以速度V V垂直射入垂直射入磁感应强度为磁感应强度为B B、宽度为、宽度为d d的匀强磁场，穿透磁场时的匀强磁场，穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为的速度与电子原来的入射方向的夹角为30300 0。求。求 :(1):(1)电子的质量电子的质量m=?(2)m=?(2)电子在磁场中的运动时间电子在磁场中的运动时间t=?t=?第4页，本讲稿共31页 垂垂直直纸纸面面向向外外的的匀匀强强磁磁场场仅仅限限于于宽宽度度为为d的的条条形形区区域域内内，磁磁感感应应强强度度为为B一一个个质质量量为为m、电电量量为为q的的粒粒子子以以一一定的速度垂直于磁场边界方向从定的速度垂直于磁场边界方向从点垂直飞入磁场点垂直飞入磁场 区，如图所示，当它飞区，如图所示，当它飞 离磁场区时，运动方向离磁场区时，运动方向 偏转偏转角试求粒子的角试求粒子的 运动速度运动速度v以及在磁场中以及在磁场中 运动的时间运动的时间t第5页，本讲稿共31页如图所示，一个带负电的粒子以速度如图所示，一个带负电的粒子以速度v由坐标原点由坐标原点射入磁感应强度为射入磁感应强度为B的匀强磁场中，速度方向与的匀强磁场中，速度方向与x轴、轴、y轴均成轴均成45。已知该粒子电量为。已知该粒子电量为-q，质量为，质量为m，则该粒子通过，则该粒子通过x轴和轴和y轴的坐标分别是多少轴的坐标分别是多少？第6页，本讲稿共31页带电液滴从带电液滴从H高处自由下落，进入一个高处自由下落，进入一个既有电场又有磁场的区域，已知磁场方既有电场又有磁场的区域，已知磁场方向垂直纸面，电场与磁场垂直，电场强向垂直纸面，电场与磁场垂直，电场强度为度为E，磁感应强度为，磁感应强度为B，若液滴在此区，若液滴在此区域内正好做匀速圆周运动，则圆周的半径域内正好做匀速圆周运动，则圆周的半径为多大？为多大？第7页，本讲稿共31页如图所示,真空中狭长区域内的匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,区域宽度为d,边界为CD和EF,速度为v的电子从边界CD外侧沿垂直于磁场方向射入磁场,入射方向跟CD的夹角为,已知电子的质量为m带电荷量为e,为使电子能从另一边界EF射出,电子的速率应满足的条件是()第8页，本讲稿共31页答案答案:A第9页，本讲稿共31页解析:由题意可知电子从EF射出的临界条件为到达边界EF时,速度与EF平行,轨迹与EF相切,如右图.由几何知识得R+Rcos=d,R=,解得 vv0,即能从EF射出.第10页，本讲稿共31页如图所示,一束电子从孔a射入正方形容器的匀强磁场中,其中一部分从c孔射出,一部分从d孔射出,则()A.从两孔射出的电子在容器中运动的时间比为1:2B.从两孔射出的电子速率的比为1:2C.从两孔射出的电子动能的比为2:1D.从两孔射出的电子在容器中加速度的比为1:2第11页，本讲稿共31页解析:由 可知从d射出的电子和从c点射出的电子在磁场中运动的周期相同,从d点射出的电子运动轨迹为半个圆周,从c点射出的电子运动轨迹为 圆周,故在磁场中的运动时间之比2:1,故A选项正确.答案答案:A第12页，本讲稿共31页如右图所示,有一半径为R有明显边界的圆形匀强磁场区域,磁感应强度为B.今有一电子沿x轴正方向射入磁场,恰好沿y轴负方向射出.如果电子的比荷为 e/m,则电子射入时的速度为_,电子通过磁场的时间为_,此过程中电子的动能增量为_.第13页，本讲稿共31页解析:如图所示电子运动的圆心为O,由几何知识可知电子做圆周运动的轨迹半径为R.由evB ,得由 ,得电子运动时间由于洛伦兹力不做功,故动能不变,动能增量Ek=0.第14页，本讲稿共31页设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，已知一离子在电场力和洛仑兹力的作用下，从静止如图所示，已知一离子在电场力和洛仑兹力的作用下，从静止开始自开始自a点沿曲线点沿曲线acb运动，到达运动，到达b点时速度为零，点时速度为零，c点是运点是运动的最低点，忽略重力，以下说法中正确的是动的最低点，忽略重力，以下说法中正确的是 A这离子必带负电荷这离子必带负电荷 B.a点和点和b点位于同一高度点位于同一高度C离子在离子在c点时速度最大点时速度最大D离子到达离子到达b点后，将沿原曲线返回点后，将沿原曲线返回a点点EBabc第15页，本讲稿共31页解解:在在a点点,离子若带负电离子若带负电,离子在合力作用下不可能向下离子在合力作用下不可能向下运动运动,只能只能带正电带正电.受力如图受力如图:a到到b 的过程的过程,动能不变动能不变,合力不做功合力不做功,由由于洛仑兹力不做功于洛仑兹力不做功,a 到到c,电场力做正功最多电场力做正功最多,c 点动能最大点动能最大.受电场力从静止向下运动受电场力从静止向下运动,洛仑兹力如图洛仑兹力如图,合力向合力向右下方右下方,不可能沿原曲线返回不可能沿原曲线返回.所以所以,电场力必不做功电场力必不做功,a b位于同一水平面位于同一水平面.qEf=qvBEBabcqEf=qvBqE应选应选 B C在在b点点,第16页，本讲稿共31页如图所示，平行板电容器的极板沿水平方向放置，电子如图所示，平行板电容器的极板沿水平方向放置，电子(质质量为量为m)束从电容器左边正中间束从电容器左边正中间a处沿水平方向入射，电子的初处沿水平方向入射，电子的初速度都是速度都是v0，在电场力的作用下，刚好从图中所示的，在电场力的作用下，刚好从图中所示的c点射出，点射出，射出时的速度为射出时的速度为v。现保持电场不变，再加上一个匀强磁场，。现保持电场不变，再加上一个匀强磁场，磁场的方向跟电场和电子射入时的速度方向都垂直磁场的方向跟电场和电子射入时的速度方向都垂直(图中垂直图中垂直于纸面向里于纸面向里)，使电子刚好由图中，使电子刚好由图中d点射出，点射出，c、d两点的位置两点的位置相对于中线相对于中线ab是对称的，则从是对称的，则从d点射出时每个电子的动能点射出时每个电子的动能等于多少？等于多少？+adcbv0第17页，本讲稿共31页解答解答 设电子电量为设电子电量为e，c、d两点离中线两点离中线ab的距离为的距离为y，匀强电场的场强为匀强电场的场强为E。小结小结 带电粒子在电磁场中带电粒子在电磁场中运动时，不论轨迹如何，洛运动时，不论轨迹如何，洛仑兹力总不做功，因而从能仑兹力总不做功，因而从能量角度来分析是比较方便的。量角度来分析是比较方便的。只有电场时只有电场时,由动能定理得由动能定理得:加上磁场后加上磁场后,由动能定理得由动能定理得:由由(1)(2)两式联立解得两式联立解得:+adcbv0第18页，本讲稿共31页如图所示，两块平行放置的金属板，上板带正电，下板带等如图所示，两块平行放置的金属板，上板带正电，下板带等量负电在两板间有一垂直纸面向里的匀强磁场一电子从量负电在两板间有一垂直纸面向里的匀强磁场一电子从两板左侧以速度两板左侧以速度v0 沿金属板方向射入，当两板间磁场的磁感沿金属板方向射入，当两板间磁场的磁感应强度为应强度为B1 时，电子从时，电子从a点射出两板，射出时的速度为点射出两板，射出时的速度为2v0当两板间磁场的磁感应强度变为当两板间磁场的磁感应强度变为B2时时,电子从电子从b点射出时的侧点射出时的侧移量仅为从移量仅为从a点射出时的侧移量的点射出时的侧移量的1/4,求电子从求电子从b点射出时点射出时的速率的速率+eOabv0第19页，本讲稿共31页+eOabv0设设aO两点电势差为两点电势差为U，电子电量为，电子电量为e，质量，质量m依据动能定理可知：依据动能定理可知：电子从电子从a点射出：点射出：eU=1/2 m(2v0)2-1/2 mv02电子从电子从b点射出：点射出：-eU=1/2 mvx2-1/2 mv02联立解得联立解得 vx=v0/2第20页，本讲稿共31页如如 图图 所所 示示，一一 对对 竖竖 直直 放放 置置 的的 平平 行行 金金 属属 板板 长长 为为L，板板 间间 距距 离离 为为d，接接 在在 电电 压压 为为U的的 电电 源源 上上，板板间间有有一一与与电电场场方方向向垂垂直直的的匀匀强强磁磁场场，磁磁场场方方向向垂垂直直纸纸面面向向里里，磁磁感感强强度度为为B，有有一一质质量量为为m，带带电电量量为为+q的的 油油 滴滴，从从 离离 平平 行行 板板 上上 端端h高高 处处 由由 静静 止止 开开 始始 自自 由由下下 落落，由由 两两 板板 正正 中中 央央P点点 处处 进进 入入 电电 场场 和和 磁磁 场场 空空 间间，油滴在油滴在P点所受电场力和磁场力点所受电场力和磁场力恰好平衡，最后油滴从一块极板恰好平衡，最后油滴从一块极板的边缘的边缘D处离开电场和磁场空间处离开电场和磁场空间求：（求：（1）h=？（2）油滴在）油滴在D点时的速度大小？点时的速度大小？Ldh+qPD第21页，本讲稿共31页Ldh+qPD解：解：（1）对第一个运动过程，受力如图：）对第一个运动过程，受力如图：qvPBmgqE依据动能定理和在依据动能定理和在P点的受力情况可知：点的受力情况可知：mgh=1/2 mvP2BqvP=qU/dh=U2(2B2d2g)（2）对整个运动过程）对整个运动过程,依据动能定理可知：依据动能定理可知：mg(h+L)-qU/2=1/2 vD2-0小结：小结：由上面的例子可以看出，处理带电质点在三场中运动的问题，首先由上面的例子可以看出，处理带电质点在三场中运动的问题，首先应该对质点进行受力分析，依据力和运动的关系确定运动的形式若质点应该对质点进行受力分析，依据力和运动的关系确定运动的形式若质点做匀变速运动，往往既可以用牛顿运动定律和运动学公式求解，也可以用做匀变速运动，往往既可以用牛顿运动定律和运动学公式求解，也可以用能量关系求解若质点做非匀变速运动，往往需要用能量关系求解应用能量关系求解若质点做非匀变速运动，往往需要用能量关系求解应用能量关系求解时，要特别注意各力做功的特点以及重力、电场力做功分别能量关系求解时，要特别注意各力做功的特点以及重力、电场力做功分别与重力势能和电势能变化的关系与重力势能和电势能变化的关系第22页，本讲稿共31页如图所示，在如图所示，在y 轴右方有一匀强磁场，磁感应强度为轴右方有一匀强磁场，磁感应强度为B，方，方向垂直于纸面向外；在向垂直于纸面向外；在x 轴下方，有一匀强电场，场强为轴下方，有一匀强电场，场强为E，方向平行，方向平行x 轴向左，有一铅板放置在轴向左，有一铅板放置在y 轴处，且与纸面轴处，且与纸面垂直，现有一质量为垂直，现有一质量为m，带电量，带电量q的粒子由静止经过加速电的粒子由静止经过加速电压压U的电场加速，然后，以垂直于铅板的方向从的电场加速，然后，以垂直于铅板的方向从A处直处直线穿过铅板，而后从线穿过铅板，而后从x轴上的轴上的D处以与处以与x轴正向夹角为轴正向夹角为60的的方向进入电场和磁场叠加的区域，最后达到方向进入电场和磁场叠加的区域，最后达到y轴上的轴上的C点，已点，已知知OD长为长为L,求求:(1)粒子经过铅板时损失了多少动能？粒子经过铅板时损失了多少动能？（2）粒子到达）粒子到达C点时点时的速度多大？的速度多大？yxEBD60AU+答答:(1)Ek=qU-2q2 B2 L2/3m第23页，本讲稿共31页真空中同时存在着竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里真空中同时存在着竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，三个带有等量同种电荷的油滴的匀强磁场，三个带有等量同种电荷的油滴a、b、c在场在场中做不同的运动其中中做不同的运动其中A静止，静止，B向右做匀速直线运动，向右做匀速直线运动，C向向左做匀速直线运动，则三油滴质量大小关系为左做匀速直线运动，则三油滴质量大小关系为 BAmAmBmCB mC mAmBC mB mA mCD mA=mB=mCm 3gqEm1 gqEm 2gqEABCEBVV解：对解：对A:mg=qE 油滴带负电油滴带负电对对B:f=qvB 向下向下对对C:f=qvB 向上向上 qE=m2 g+f qE+f=m3 gmC mA mBff第24页，本讲稿共31页如图所示，在一根足够长的竖直绝缘杆上，套着一个质量为如图所示，在一根足够长的竖直绝缘杆上，套着一个质量为m、带电量为、带电量为-q的小球，球与杆之间的动摩擦因数为的小球，球与杆之间的动摩擦因数为场强为场强为E的匀强电场和磁感应强度为的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场方向如图所示，小的匀强磁场方向如图所示，小球由静止开始下落球由静止开始下落求：（求：（1）小球开始下落时的加速度；）小球开始下落时的加速度；（2）小球的速度多大时，有最大加速度，它们的值是多少）小球的速度多大时，有最大加速度，它们的值是多少？（3）小球运动的最大速度为多少？）小球运动的最大速度为多少？E EB B（2）最大加速度）最大加速度am=g（3）最大速度）最大速度vm=mg/qB +E/B答：（答：（1）开始时的加速度）开始时的加速度 a=g-qE/m第25页，本讲稿共31页 如图所示，如图所示，MN、PQ 是一对长为是一对长为 L、相距为、相距为 d（Ld）的平行金属）的平行金属板，两板加有一定电压现有一带电量为板，两板加有一定电压现有一带电量为q、质量为、质量为m的带正电粒子的带正电粒子（不计重力）从两板中央（图中虚线所示）平行极板方向以速（不计重力）从两板中央（图中虚线所示）平行极板方向以速度度v0 入射到两板间，而后粒子恰能从平行板的右边缘飞出若在两板间入射到两板间，而后粒子恰能从平行板的右边缘飞出若在两板间施加一个垂直纸面的匀强磁场，则粒子恰好沿入射方向做匀速直线运动施加一个垂直纸面的匀强磁场，则粒子恰好沿入射方向做匀速直线运动求（求（1）两板间施加的电压）两板间施加的电压U；（2）两板间施加的匀强磁场的磁感应强度）两板间施加的匀强磁场的磁感应强度B；（3）若将电场撤销而只保留磁场，粒子仍以原初速大小与方向射）若将电场撤销而只保留磁场，粒子仍以原初速大小与方向射入两板间，并打在入两板间，并打在MN板上某点板上某点A处，处，计算计算MA 的大小。的大小。Ld+q m+vPMQN答：答：（1）U=mv02 d2/qL2（2）B=mv0d/qL2 方向垂直纸面向里方向垂直纸面向里第26页，本讲稿共31页如如图图所所示示,匀匀强强电电场场方方向向竖竖直直向向下下,磁磁感感应应强强度度为为B的的匀匀强强磁磁场场方方向向垂垂直直纸纸面面向向里里.一一个个带带电电量量为为q，质质量量为为m的的液液滴滴在在平平行行纸纸面面的的平平面面上上作作速速率率为为的的匀匀速速圆圆周周运运动动，则则应应带带 电电荷荷，运运动动方方向向为为 方方向向电电场场强强度度应应为为 ，液液滴滴的的运运动动半半径为径为 .EBm q解：分析受力：液滴受到重力、电场力、洛仑兹力，要能做匀解：分析受力：液滴受到重力、电场力、洛仑兹力，要能做匀速圆周运动，必须合力沿半径指向圆心。所以只有重力等于电速圆周运动，必须合力沿半径指向圆心。所以只有重力等于电场力，使洛仑兹力场力，使洛仑兹力作为向心力才可以。如图示：作为向心力才可以。如图示：mgqEqvB电场力向上，电场力向上，液滴带负电，运液滴带负电，运动方向为顺时针方向。动方向为顺时针方向。即即mg=qE,E=mg/qr=mv/qB第27页，本讲稿共31页如图所示，在如图所示，在y0的空间中存在匀强电场，场强沿的空间中存在匀强电场，场强沿y轴负方轴负方向；在向；在y0的空间中，存在匀强磁场，磁场方向垂直的空间中，存在匀强磁场，磁场方向垂直xy平面平面（纸面）向外。一电量为（纸面）向外。一电量为q、质量为、质量为m的带正电的运动粒的带正电的运动粒子，经过子，经过y轴上轴上yh处的点处的点P1时速率为时速率为v0，方向沿，方向沿x轴正方轴正方向；然后，经过向；然后，经过x轴上轴上x2h处的处的 P2点进入磁场，并经过点进入磁场，并经过y轴轴上上y-2h处的处的P3点。不计重力。求点。不计重力。求（l）电场强度的大小。）电场强度的大小。（2）粒子到达）粒子到达P2时速度的大小和方向。时速度的大小和方向。（3）磁感应强度的大小。）磁感应强度的大小。yxP1P2P30第28页，本讲稿共31页yxP1P2P30解解:(1)P1到到P2做平抛运动：做平抛运动：vh=1/2 at2 2h=v0t qE=ma解得解得E=mv022qh(2)vy2=2ah=2qEhm=v02vy=v0 vx=v0=45(3)P2到到P3做匀速圆周运动做匀速圆周运动,圆心在圆心在P2P3的中点的中点,如图示如图示由由qBv=mv2/r 得得r=mv0qB由几何关系由几何关系 B=mv0qh第29页，本讲稿共31页如图所示边长为L的正方形内有磁感应强度为B的匀强磁场,在ABCDE五点处都开有小孔,不同速度的电子从A孔入射后,在BCD都有电子射出.图中=30,则求:(1)出射电子的速率之比为vB:vC:vD;(2)电子在磁场中运动的时间之比tB:tC:tD;(3)E点有电子射出吗?第30页，本讲稿共31页解析:(1)如图所示,不同速度的电子从BCD射出磁场区域过程的运动轨迹.由几何知识可知第31页，本讲稿共31页