83带电粒子在复合场中的运动课件.ppt

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1、一、复合场1定义：复合场是指电场、磁场、重力场并存，或其中某两种场并存，或 分区域存在2三种场的比较3.带电粒子在复合场中运动的几种情况(1)当带电粒子所受合力为零时，将处于 或 状态(2)当 提供向心力，其余各力的合力为零时，带电粒子做匀速圆周运动(3)当带电粒子所受合力大小与方向均变化时，将做非匀变速曲线运动这类问题一般只能用能量关系来处理静止匀速直线运动洛伦兹力二、带电粒子在复合场中运动的典型应用1速度选择器(如图所示)(1)平行板中电场强度E 和磁感应强度B 互相 这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器qE qvB 垂直2磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，

2、它可以把物体的内能直接转化为电能(2)根据左手定则，如图所示中的B 是发电机(3)磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为v，磁场的磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差U.正极B vd电场力 洛伦兹力 3霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了，这个现象称为霍尔效应所产生的电势差称为霍尔电势差，其原理如图所示电势差1在如图所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域内(不计重力)，电子可能沿水平方向向右做直线运动的是()解析：若电子水平向右运动，在A 图中电场力水平向左，洛伦兹力竖直向下，故不可能；在B 图中，电

3、场力水平向左，洛伦兹力为零，故电子可能水平向右做匀减速直线运动；在C 图中电场力竖直向上，洛伦兹力竖直向下，当二者大小相等时，电子向右做匀速直线运动；在D 图中电场力竖直向上，洛伦兹力竖直向上，故电子不可能做水平向右的直线运动，因此只有选项B、C 正确答案：BC2.如图所示，在长方形abcd 区域内有正交的电磁场，abbc/2 L，一带电粒子从ad的中点垂直于电场和磁场方向射入，恰沿直线从bc 边的中点P 射出，若撤去磁场，则粒子从c 点射出；若撤去电场，则粒子将(重力不计)()A 从b点射出B 从b、P 间某点射出C 从a点射出D 从a、b间某点射出答案：C3如图所示，有一混合正离子束先后通

4、过正交的电场、磁场区域和匀强磁场区域，如果这束正离子流在区域中不偏转，进入区域后偏转半径r 相同，则它们一定具有相同的()A 速度B 质量C 电荷量 D 比荷答案：AD答案：(1)2.5104T(2)1.1102m 55 eV带电粒子在分离的电场、磁场中的运动1带电粒子在匀强电场、匀强磁场中可能的运动性质2.“电偏转”和“磁偏转”的比较 例1 在平面直角坐标xOy 中，第象限存在沿y 轴负方向的匀强电场，第象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度为 B一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从y 轴正半轴上的M 点以速度v0垂直于y 轴射入电场，经x轴上的N 点与x轴 正方向成 60角射入

5、磁场，最后从y 轴负半 轴上的P 点垂直于y 轴射出磁场，如图所示不 计粒子重力，求：(1)M、N 两点间的电势差UMN；(2)粒子在磁场中运动的轨道半径r；(3)粒子从M 点运动到P 点的总时间t.思路点拨 根据粒子在不同区域内的运动特点和受力特点画出轨迹，分别利用类平抛和圆周运动的分析方法列方程求解带电粒子在复合场中运动的一般思路 1带电粒子在复合场中运动的分析方法和一般思路(1)弄清复合场的组成一般有磁场、电场的复合，磁场、重力场的 复合，磁 场、电场、重力场三者的复合(2)正确受力分析，除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静电力和磁 场力的分 析(3)确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和

6、受力情况的结合(4)对于粒子连续通过几个不同情况的场的问题，要分阶段进行处理(5)画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，根据受力平衡列方程 求解当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，应用牛顿定律结合圆 周运动规 律求解当带电粒子做复杂曲线运动时，一般用动能定理或能量守恒定律 求解对于临界问题，注意挖掘隐含条件2复合场中粒子重力是否考虑的三种情况(1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、金属块等一般应当考虑其重力(2)在题目中有明确说明是否要考虑重力的，这种情况比

7、较正规，也比较简单(3)不能直接判断是否要考虑重力的，在进行受力分析与运动分析时，要由分析结果确定是否要考虑重力带电粒子在复合场中运动的分类 1带电粒子在复合场中无约束情况下的运动(1)磁场力、重力并存若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂的曲线运动，因F洛不做功，故机械能守恒，由此可求解问题(2)电场力、磁场力并存(不计重力的微观粒子)若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体做复杂的曲线运动，因F洛不做功，可用动能定理求解问题(3)电场力、磁场力、重力并存若三力平衡，一定做匀速直线运动若重力与电场力平衡，一

8、定做匀速圆周运动若合力不为零且与速度方向不垂直，做复杂的曲线运动，因F洛不做功，可用能量守恒或动能定理求解问题2带电粒子在复合场中有约束情况下的运动带电体在复合场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下，常见的运动形式有直线运动和圆周运动，此时解题要通过受力分析明确变力、恒力做功情况，并注意洛伦兹力不做功的特点，运用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求出结果3带电粒子在复合场中运动的临界值问题由于带电粒子在复合场中受力情况复杂、运动情况多变，往往出现临界问题，这时应以题目中的“最大”、“最高”、“至少”等词语为突破口，挖掘隐含条件，根据临界条件列出辅助方程，再与其他方程联立求解 例2 如右

9、图所示，在磁感应强度为B 的水平匀 强磁场中，有一足够长的绝缘细棒OO 在竖直面内 垂直于磁场方向放置，细棒与水平面夹角为.一质 量为m、带电荷量为q的圆环A 套在OO 棒上，圆 环与棒间的动摩擦因数为，且tan.现让圆环A 由静止开始下滑，试问圆环在下滑过程中：(1)圆环A 的最大加速度为多大？获得最大加速度时的速度为多大？(2)圆环A 能够达到的最大速度为多大？思路点拨 2如图所示，套在很长的绝缘直棒上的小球，质量为1.0104 kg，带4.0104 C 正电荷，小 球在棒上可以滑动，将此棒竖直放置在沿水平方 向的匀强电场和匀强磁场中匀强电场的电场强 度E 10 N/C，方向水平向右，匀强

10、磁场的磁感 应强度B 0.5 T，方向为垂直纸面向里，小球与棒间动摩擦因数为 0.2，求小球由静止沿棒竖直下落的最大加速度和最大速度(设小球在运动过程中所带电荷量保持不变，g取10 m/s2)答案：2 m/s25 m/s 例3 如图所示，在磁感应强度为B 的匀强磁 场中，有一与磁感线垂直且水平放置的、长为L 的摆线，拴一质量为m、带有q电荷量的摆球，若摆球始终能在竖直平面内做圆弧运动试求 摆球通过最低位置时绳上的拉力F 的大小 思路点拨 解答此题应把握以下两点：(1)弹力和洛伦兹力都随小球速度改变而改变，但这两力不做功，只有重力做功(2)在最低点应用牛顿第二定律求解解析：洛伦兹力方向始终与小球

11、运动速度方向垂直，不做功，故A 正确、B 错误；小球在竖直方向受向上的电场力与向下的重力，二者大小相等，试管向右匀速运动，小球的水平速度保持不变，则竖直向上的洛伦兹力分量大小不变，小球竖直向上做匀加速运动，即小球做类平抛运动，故C 正确；小球竖直分速度增大，受水平向左的洛伦兹力分量增大，为维持试管匀速运动拉力F 应逐渐增大，D 正确答案：ACD3如图所示的装置，左半部分为速度选择器，右半部分为匀强的偏转电场一束同位素离子流从狭缝S1射入速度选择器，能够沿直线通过速度选择器并从狭缝S2射出的离子，又沿着与电场垂直的方向，立即进入场强大小为E 的偏转电场，最后打在照相底片D 上已知同位素离子的电荷量为q(q0)，速度选择器内部存在着相互垂直的场强大小为E0的匀强电场和磁感应强度大小为B0的匀强磁场，照相底片D 与狭缝S1、S2的连线平行且距离为L，忽略重力的影响(1)求从狭缝S2射出的离子速度v0的大小；(2)若打在照相底片上的离子在偏转电场中沿速度v0方向飞行的距离为x，求出x与离子质量m 之间的关系式(用E0、B0、E、q、m、L 表示)