新带电粒子在复合场中的运动幻灯片.ppt

《新带电粒子在复合场中的运动幻灯片.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新带电粒子在复合场中的运动幻灯片.ppt（22页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、新带电粒子在复合场中的运动第1页，共22页，编辑于2022年，星期六复习目标复习目标：1掌握洛仑兹力的掌握洛仑兹力的实际应用实际应用，学会，学会提炼提炼物理模型物理模型 2掌握带电粒子在复合场中运动的几掌握带电粒子在复合场中运动的几种常见情况，能综合应用力学、电学等知种常见情况，能综合应用力学、电学等知识求解相关问题，提高分析综合能力、应识求解相关问题，提高分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力用数学知识处理物理问题的能力 重、难点重、难点：带电粒子在复合场中的运动：带电粒子在复合场中的运动第2页，共22页，编辑于2022年，星期六自学导航自学导航一、复合场一、复合场1什么样的场称为复合

2、场什么样的场称为复合场?复合场是指电场、磁场和重力场并存或者复合场是指电场、磁场和重力场并存或者其中两种场并存的情况。其中两种场并存的情况。带电粒子在复合场中运动时要考虑电场力、带电粒子在复合场中运动时要考虑电场力、洛仑兹力和重力的作用。洛仑兹力和重力的作用。第3页，共22页，编辑于2022年，星期六2.请从力的大小，方向，做功情况比较三种场力请从力的大小，方向，做功情况比较三种场力 重力重力 电场力电场力 洛仑兹力洛仑兹力大小大小 G=mg F=Eqv=0时，时，v B时不受时不受洛伦兹力洛伦兹力v B时，洛伦兹力时，洛伦兹力最大，最大，Fm=Bqv 方向方向 竖直向下竖直向下与与E的方向的

3、方向相同或相反相同或相反左手定则左手定则总垂直于运动电荷总垂直于运动电荷的的V方向和方向和B方向所方向所决定的平面决定的平面做功做功 与路径无关与路径无关W=mgh 与路径无关与路径无关 W=Uq 永远不做功永远不做功,只改变只改变V的方向的方向 第4页，共22页，编辑于2022年，星期六3.怎样判断带电体在复合场中是否受怎样判断带电体在复合场中是否受重力作用？重力作用？（1）一般情况下，电子、质子、离子等基本）一般情况下，电子、质子、离子等基本粒子的重力可忽略不计；粒子的重力可忽略不计；（2）带电油滴、尘埃、小球等宏观物质颗粒）带电油滴、尘埃、小球等宏观物质颗粒重力不能忽略；重力不能忽略；（

4、3）根据题目是否有明确的要求或暗示确）根据题目是否有明确的要求或暗示确定重力。定重力。第5页，共22页，编辑于2022年，星期六典例分析典例分析题型一题型一 复合场中的典型物理模型复合场中的典型物理模型探究探究1 速度选择器速度选择器基本构造如何？它选择什么样的基本构造如何？它选择什么样的粒子？粒子？正交的匀强磁场和匀强电场正交的匀强磁场和匀强电场组成组成“速度选择器速度选择器”带电粒子必须以唯一确定的速度才能匀速带电粒子必须以唯一确定的速度才能匀速（或者说沿直线）通过速度选择器。否则将发生偏转。（或者说沿直线）通过速度选择器。否则将发生偏转。qv0B=Eq即：即：这个速度的大小可以由洛仑兹力

5、和电场力的平衡得出：这个速度的大小可以由洛仑兹力和电场力的平衡得出：第6页，共22页，编辑于2022年，星期六例例1：如图所示，：如图所示，a、b是位于真空中的平行金属板，是位于真空中的平行金属板，a板带正电，板带正电，b板带负电，两板间的电场为匀强电场，场板带负电，两板间的电场为匀强电场，场强为强为E。同时在两板之间的空间中加匀强磁场，磁场。同时在两板之间的空间中加匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度为方向垂直于纸面向里，磁感应强度为B。一束电子以。一束电子以大小为大小为v0的速度从左边的速度从左边S处沿图中虚线方向入射，虚线处沿图中虚线方向入射，虚线平行于两板，要想使电子在两板间能

6、沿虚线运动，则平行于两板，要想使电子在两板间能沿虚线运动，则v0、E、B之间的关系应该是（之间的关系应该是（）A、B、C、D、A第7页，共22页，编辑于2022年，星期六速度选择器速度选择器 qv0BqE,v0=E/B，1.若若v=v0=E/B，粒子做直线运动，与粒子电，粒子做直线运动，与粒子电量、电性、质量无关，但使用时有方向性量、电性、质量无关，但使用时有方向性 2.若若vE/B，qvBqE，粒子向磁场力方向偏，粒子向磁场力方向偏，电场力做负功，动能减少电场力做负功，动能减少 Bqv Eq第8页，共22页，编辑于2022年，星期六变式变式1 1 某带电粒子从图中速度选择器左端由中某带电粒子

7、从图中速度选择器左端由中点点O以速度以速度v0向右射去，从右端中心向右射去，从右端中心a下方的下方的b点以点以速度速度v1射出；若增大磁感应强度射出；若增大磁感应强度B，该粒子将打到，该粒子将打到a点上方的点上方的c点，且有点，且有ac=ab，则该粒子，则该粒子带带_电；第二次射出时的速电；第二次射出时的速度为度为_。解：解：B增大后向上偏，说明洛伦增大后向上偏，说明洛伦兹力向上，所以为带兹力向上，所以为带正正电。由于电。由于洛伦兹力总不做功，所以两次都是只有电场力做功，洛伦兹力总不做功，所以两次都是只有电场力做功，第一次为正功，第二次为负功，但功的绝对值相同。第一次为正功，第二次为负功，但功

8、的绝对值相同。abcov0第9页，共22页，编辑于2022年，星期六探究探究2 质谱仪的作用是什么？质谱仪的作用是什么？一种测量带电粒子质量和分离同位素的仪器一种测量带电粒子质量和分离同位素的仪器 例例2：质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，：质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束产生的各种不同正离子束(速度可速度可看作为零看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片它的照相底片P上，设离子在上，设离子在P上的位

9、置到入口处上的位置到入口处S1的距离为的距离为x，可以判断可以判断()A.若离子束是同位素，则若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大越大，离子质量越大B.若离子束是同位素，则若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小越大，离子质量越小C.只要只要x相同，则离子质量一定相同相同，则离子质量一定相同D.只要只要x相同，则离子的荷质比一定相同相同，则离子的荷质比一定相同AD 根据根据qU=mv2/2,mv2/R=qvB,得：得：m=qB2x28U2 R=x/2 ,第10页，共22页，编辑于2022年，星期六例例3水平方向放置的平行金属板的间距为水平方向放置的平行金属板的间距为d，两板之，两板之间是磁

10、感应强度为间是磁感应强度为B的匀强磁场，如图所示，一束在的匀强磁场，如图所示，一束在高温下电离的气体（等离子体），以高温下电离的气体（等离子体），以v射入磁场区，射入磁场区，在两板上会聚集电荷出现电势差，求：（在两板上会聚集电荷出现电势差，求：（1）M、N两板各聚集何种电荷？两板各聚集何种电荷？（2）M、N两板间电势差可达多大？两板间电势差可达多大？探究探究3：磁流体发电机：磁流体发电机解：（解：（1）由左手定则判得，）由左手定则判得，M板聚集正电荷，板聚集正电荷，荷荷N板聚集负电荷板聚集负电荷（2）当带电粒子所受电场力与洛仑兹力等大反）当带电粒子所受电场力与洛仑兹力等大反向时，电荷不再在向时

11、，电荷不再在M、N板上聚集，设板上聚集，设M、N两两板间电势差可达板间电势差可达U有有 得得qU/d=qvB 即即U=vBd第11页，共22页，编辑于2022年，星期六探究探究3回旋加速器回旋加速器（1）请画出回旋加速器的基本结构图说明其中）请画出回旋加速器的基本结构图说明其中电场和磁场的作用电场和磁场的作用.（）需要满足什么条件带电粒子才可以在回旋（）需要满足什么条件带电粒子才可以在回旋加速器不断加速？分析讨论决定其最终能量的因加速器不断加速？分析讨论决定其最终能量的因素素?最大能量与加速电压的高低有何关系？最大能量与加速电压的高低有何关系？（）带电粒子在回旋加速器中是否可被无限（）带电粒子

12、在回旋加速器中是否可被无限制加速？制加速？第12页，共22页，编辑于2022年，星期六 交变电压的周期等于粒子圆周运动的周期交变电压的周期等于粒子圆周运动的周期 交变电压频率交变电压频率=粒子回旋频率粒子回旋频率 粒子在粒子在D形盒内作匀速圆周运动，由形盒内作匀速圆周运动，由 qvB=mv2/r 得得 v=qBr/m，当，当r达最大值达最大值R时，时，vm=qBR/m，故动能最大值故动能最大值Ek=q2B2R2/2m原理：原理：最终能量：最终能量：条件：条件：第13页，共22页，编辑于2022年，星期六 关于回旋加速器注意关于回旋加速器注意:1.在磁场中做圆周运动在磁场中做圆周运动,周期不变周

13、期不变2.每一个周期每一个周期加速两次加速两次3.电场变化周期与在磁场中运动的周期电场变化周期与在磁场中运动的周期相同相同4.电场电场一个周期中方向一个周期中方向变化两次变化两次5.最大半径最大半径与最终能量相对应与最终能量相对应,不能被无限制加速不能被无限制加速6.电场加速过程中电场加速过程中,时间时间极短极短,可忽略可忽略第14页，共22页，编辑于2022年，星期六例例4（08广东卷）广东卷）1930年劳伦斯制成了世界上第一年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质个铜质D形合形合D1、D2构成，其间留有空隙，下列

14、说构成，其间留有空隙，下列说法正确的是法正确的是()A离子由加速器的中心附近进入加速器离子由加速器的中心附近进入加速器B离子由加速器的边缘进入加速器离子由加速器的边缘进入加速器C离子从磁场中获得能量离子从磁场中获得能量D离子从电场中获得能量离子从电场中获得能量A Dr=mv/Bq第15页，共22页，编辑于2022年，星期六题型二题型二 带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动 例例5 一个带电微粒在图示的正交匀强电场和一个带电微粒在图示的正交匀强电场和匀强磁场中在竖直面内做匀速圆周运动。则匀强磁场中在竖直面内做匀速圆周运动。则该带电微粒必然带该带电微粒必然带_，旋转方向为，旋转方向为_

15、。若已知圆半径为若已知圆半径为r，电场强度为，电场强度为E磁感应强度磁感应强度为为B，则线速度为，则线速度为_。B解：因解：因为为必必须须有有电场电场力与重力平衡，所以力与重力平衡，所以必必为负电为负电；由左手定；由左手定则则得逆得逆时针转动时针转动；再由；再由mgEqBqv带电体带电体 运动情况运动情况 受力情况受力情况 力学规律力学规律负电负电逆时针逆时针v=Brg/E第16页，共22页，编辑于2022年，星期六例例6 如图所示，一对竖直放置的平行金属板如图所示，一对竖直放置的平行金属板 长为长为L，板间，板间距离为距离为d，接在电压为，接在电压为U的电源上，板的电源上，板 间有一与电场方

16、向间有一与电场方向垂直的匀强磁场，磁场方向垂直垂直的匀强磁场，磁场方向垂直 纸面向里，磁感强度为纸面向里，磁感强度为B，有一质量为，有一质量为m，带电量为，带电量为+q的油滴，从离平行板上端的油滴，从离平行板上端h高处由静止开始自由下落，由两板正中央高处由静止开始自由下落，由两板正中央P点处进入电场点处进入电场和磁场空间，油滴在和磁场空间，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，恰好平衡，最后油滴从一块极板的边缘最后油滴从一块极板的边缘D处离开电场处离开电场和磁场空间和磁场空间 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？mgmgBqvF带电

17、体带电体 受力情况受力情况 运动情况运动情况 力学规律力学规律 动能定理动能定理第17页，共22页，编辑于2022年，星期六解：（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：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：（2）对整个运动过程，依据动能定理可知：）对整个运动过程，依据动能定理可知：第18页，共22页，编辑于2022年，星期六能能力提升力提升 （08天津）在平面直角坐标系天津）在平面直角坐标系xOy中，第中，第象限象限存在沿存在沿y轴负方向的匀强电场，第轴负方向的匀强电场，第象限存在垂直于坐标平面向象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场

18、，磁感应强度为外的匀强磁场，磁感应强度为B。一质量为。一质量为m、电荷量为、电荷量为q的带正的带正电的粒子从电的粒子从y轴正半轴上的轴正半轴上的M点以速度点以速度v0垂直于垂直于y轴射入电场，经轴射入电场，经x轴上的轴上的N点与点与x轴正方向成轴正方向成60角射入磁场，最后从角射入磁场，最后从y轴负轴负半轴上的半轴上的P点垂直于点垂直于y轴射出磁场，如图所示。不计粒子重力，轴射出磁场，如图所示。不计粒子重力，求求（1）M、N两点间的电势差两点间的电势差UMN；（2）粒子在磁场中运动的轨道半径）粒子在磁场中运动的轨道半径r；（3）粒子从）粒子从M点运动到点运动到P点的总时间点的总时间t。第19页

19、，共22页，编辑于2022年，星期六O解：（解：（1）设粒子过）设粒子过N点时速度为点时速度为v，有，有 cos v2v0 粒子从粒子从M点运动到点运动到N点的过程，有点的过程，有qUMN mv2 mv02UMN （2）粒子在磁场中以）粒子在磁场中以O/为圆做匀速圆周运动，半径为为圆做匀速圆周运动，半径为O/N，有，有 qvB r 第20页，共22页，编辑于2022年，星期六 带电粒子在复合场中运动是一个带电粒子在复合场中运动是一个力力学问题，基本思路：学问题，基本思路：首先对带电粒子进行首先对带电粒子进行受力分析受力分析和和运动情况运动情况分析，再运用分析，再运用牛顿运动定律牛顿运动定律和和运动学规律运动学规律、动能定理动能定理及及能量守恒定律能量守恒定律等知识进行求解。等知识进行求解。学后反思：学后反思：带电粒子在复合场中运动的分析方法？带电粒子在复合场中运动的分析方法？审题过程建立审题过程建立清晰的物理情景清晰的物理情景是解是解决问题的关键。决问题的关键。第21页，共22页，编辑于2022年，星期六谢谢 谢谢 各各 位位！第22页，共22页，编辑于2022年，星期六