带电粒子在复合场中的运动.pptx

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1、秉 德 笃 行 博 学 慎 思 带 电 粒 子在 复 合 场 中 的 运 动 应 用 实 例 带电粒子在复合场中的运动 知 识 梳 理组 合 场叠 加 场 知 识 梳 理知 识 梳 理应 用 实 例 组 合 场 匀 变 速 直 线类 平 抛沿 电 场 线 、 垂 直 于 电 场 线 正 交 分 解 匀 速 圆 周圆 心 角 和 周 期 决 定 无 关匀 速 直 线 运 动 1、 质 谱 仪思 考 ： 质 谱 仪 的 主 要 作 用 是 什 么 ？测 定 带 电 粒 子 的 质 量 和 分 析 同 位 素构造：离子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等 粒 子 在 磁 场 中 受 洛 伦 兹 力 作

2、 用 而 偏 转 ,做 匀 速 圆 周 运 动 ,根 据 牛 顿 第 二 定 律 得 关 系 式 由 两 式 可 得 出 需 要 研 究 的 物 理 量 ,如 粒 子 轨 道 半 径 、粒 子 质 量 、 比 荷 .r = ,m= , = . rmBq 2vv qmUB 21 UBqr2 22mq 222 rBU 原 理 :粒 子 由 静 止 被 加 速 电 场 加 速 ,根 据 动 能 定 理 可 得 关系 式 2v21 mqU 2、 组 合 场 的 实 际 应 用 回 旋 加 速 器 相 等 磁 感 应 强 度 半 径qBmvr 思 考 ：1、 已 知 带 电 粒 子 经 加 速 电 场

3、加 速 n次 ， 求 粒 子 在 回旋 加 速 器 中 偏 转 的 时 间 ？ （ 忽 略 在 电 场 中 加 速 时 间 ） 2、 如 果 改 变 加 速 电 压 ， 则 最 大 速 度 和 偏 转 时 间 会怎 样 变 化 ？ 2nTt 最 大 速 度 不 变 ， 偏 转 时 间 改 变 盒qBmvr R KmEnqU 2nTt 静 止 匀 速 直 线 运 动叠 加 场 相 等相 反 匀 速 圆 周 图 8 3 1垂 直 qEqvB qEqvB思 考 ： 若 是 带 负 电 的 离 子 ， 以 上 述 速 度 从 极 板 左侧 入 射 ， 能 否 沿 直 线 匀 速 通 过 速 度 选 择

4、 器 ？能 qEqvB不 能结 论 ：1、 速 度 选 择 器 选 择 出 来 的 带 电 粒 子 有 唯 一 确 定 的速 度 （ 包 括 大 小 、 方 向 ） 。 与 粒 子 带 何 种 电 荷 、电 荷 量 多 少 都 无 关 。2、 有 确 定 的 入 口 和 出 口 。 叠 加 场 的 应 用 实 例 -磁流 体 发 电 机(1)根 据 左 手 定 则 ， 如 图 中 的 B板 是 发 电 机 _(2)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 磁 感 应 强 度 为 B， 则 两 极 板 间 能 达到 的 最 大 电 势

5、差 U _. 正 极Bdv (4） 若 A、 B板 的 面 积 为 S， 电 源 电 阻 ，外 电 阻 R中 的 电 流 可 有 闭 合 电 路 欧 姆 定 律 求 出 ，即 dRSBdvSrR EI Sdr (1)如 图 8 3 3所 示 ， 一 圆 形 导 管 直 径 为 d， 用 非磁 性 材 料 制 成 ， 其 中 有 可 以 导 电 的 液 体 流 过 导管 图 8 3 3叠 加 场 的 应 用 实 例 -电 磁 流 量 计 目 的 ： 测 流 量 洛 伦 兹 力 电 势 差平 衡qEqvB dUqqEqvB BdUBdUdSvQ 442 dBUv 在 匀 强 磁 场 中 放 置 一

6、 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 _或 霍 尔 电 压 ，其 原 理 如 图 8 3 4所 示 电 势 差霍 尔 电 势 差图 8 3 4叠 加 场 的 应 用 实 例 -霍 尔 效 应 图 8 3 4思 考 ： 将 霍 尔 元 件 改 成 金 属 材 料 ， 判 断 a、 b两 板 电 势 的 高 低 6 如 图 所 示 ， 在 正 交 的 匀 强 电 场 和 磁

7、场 的 区 域 内 (磁 场 水 平 向 内 )， 有 一 离 子 恰能 沿 直 线 飞 过 此 区 域 (不 计 离 子 重 力 ) ( )A 若 离 子 带 正 电 ， E方 向 应 向 下 B 若 离 子 带 负 电 ， E方 向 应 向 上C 若 离 子 带 正 电 ， E方 向 应 向 上 D 不 管 离 子 带 何 种 电 ， E方 向 都 向 下 A D+ vqvBqE E-qvBqE qvB=qE. 11、 如 图 所 示 ， 水 平 放 置 的 平 行 金 属 板 A带 正 电 ， B带 负 电 ， A、 B间 距 离 为 d， 匀强 电 场 的 场 强 为 E， 匀 强 磁

8、 场 的 磁 感 应 强 度 为 B， 方 向 垂 直 纸 面 向 里 ， 今 有 一 带 电粒 子 A、 B间 竖 直 平 面 内 做 半 径 为 R的 匀 速 圆 运 动 ， 则 带 电 粒 子 的 转 动 方 向 为 顺 时针 还 是 逆 时 针 ， 速 率 是 多 少 ？是 否 考 虑 重 力 ？ qEf=qvB F合 =F向mg F合 =f=qvB=F向 带 负 电qE=mgv 转 动 方 向 为 顺 时 针qvB=mv2/R v=qBR/m m=qE/gv=BRg/E2、 重 力 场 、 电 场 和 磁 场 并 存 (叠 加 场 ） 例 3.如 图 ， 匀 强 电 场 方 向 竖

9、直 向 上 ， 匀 强 磁 场方 向 水 平 指 向 纸 外 ， 有 一 电 荷 (不 计 重 力 ） ，恰 能 沿 直 线 从 左 向 右 飞 越 此 区 域 ， 则 若 电 子 以相 同 的 速 率 从 右 向 左 水 平 飞 入 该 区 域 ， 则 电 子将 ( )A.沿 直 线 飞 越 此 区 域B.电 子 将 向 上 偏 转C.电 子 将 向 下 偏 转D.电 子 将 向 纸 外 偏 转C 例 6、 如图，水平向右的匀强电场场强为E，水平方向垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B.其间有竖直固定的绝缘杆，杆上套有一带正电荷量为q，质量为m的小球，小球与杆间的动摩擦因数为.已知m gq

10、E.现使小球由静止释放，试求小球在下滑过程中的最大加速度和最大速度. 解 析 做好小球运动过程的动态分析，找出极值对应的条件. 小球释放瞬间，受重力m g，水平向右的电场力F=qE，杆 给小球向左的弹力FN，FN与F平衡，则FN=qE，向上的摩擦力f，因为m gqE，所以小球加速下滑. 小球运动后，出现向左的洛伦兹力f洛=qvB，小球受力如图甲所示，则有 水平方向 FN+qvB=qE 竖直方向 m gFN=m a 解得 a=(m g+qvBqE)/m vf 洛FNfF合a 可见小球做加速度增加的加速运动，在f=0，即FN=0时，加速度达到最大，由式得：amax=g 答 案 g 此时速度可由式得

11、 ，但速度继续增大，洛伦兹力增大，支持力反向，受力如图乙.有： 水平方向 qvB=FN+qE 竖直方向 m gFN=m a 解得 a=(m gqvB+qE)/m 小球运动的动态过程为： vf洛FNfF合a 小球做加速度减小的加速运动，在a=0时速度达到最大，由式得vmax=(m g+qE)/Bq. B Ev 1 BqqEmg 电 场 运 动 和 磁 场 运 动 的 连 接 与 组 合例 7、 如 图 ， 在 x轴 上 方 有 垂 直 于 xy平 面 向 里 的 匀 强 磁 场 ，磁 感 应 强 度 为 B； 在 x轴 下 方 有 沿 y轴 负 方 向 的 匀 强 电 场 ，场 强 为 E.一

12、质 量 为 m， 电 量 为 -q的 粒 子 从 坐 标 原 点 O沿 着y轴 正 方 向 射 出 之 后 ， 第 三 次 到 达 x轴 时 ， 它 与 点 O的 距离 为 L.求 此 粒 子 射 出 的 速 度 v和 在 此 过 程 中 运 动 的 总 路程 s(重 力 不 计 ). 解 ： 粒 子 运 动 路 线 如 图 所 示 ， 似 拱 门 形 状 。 有 ：粒 子 初 速 度 为 v， 则 有 ：由 、 式 可 得 ：设 粒 子 进 入 电 场 做 减 速 运 动 的 最 大 路 程为 ， 加 速 度 为 a， 再 由 ：粒 子 运 动 的 总 路 程 得 ： RL 4RvmqBv

13、2mqBLv 4 maqE alv 22 lRs 22 mELqBL 1621 22 vRl Ll 例 1 如 图 ， 在 竖 直 平 面 内 有 一 个 正 交 的 匀 强 电 场 和 匀 强 磁 场 ， 磁感 应 强 度 为 1T， 电 场 强 度 为 10 N/C， 一 个 带 正 电 的 微 粒 ，q=2 10-6C， 质 量 m=2 10-6 ， 在 这 正 交 的 电 场 的 磁 场 内 恰 好 做 匀速 直 线 运 动 ， 则 带 电 粒 子 运 动 的 速 度 大 小 多 大 ？ 方 向 如 何 ？mg mg=2 10-5N NqEF 51032 NqEmgqvBf 522 1

14、04)()( F=qE 做 匀 速 直 线 运 动 F合 =0f=qvB v v=410-5/qB=20m/stan=qE/mg =60速 度 方 向 与 电 场 强 度 方 向 成 =60 角 度3 mgVN qvBaa=mgsin /m= gsinN+qVB= mgcos拓 展 1若 斜 面 不 光 滑 小 球 在 斜 面 上 运 动时 是 否 做 匀 加 速 直 线 运 动 ？4 如 图 所 示 ， 将 倾 角 为 的 光 滑 绝 缘 斜 面 固 定 于 水 平 面 上 ， 置 于磁 感 应 强 度 为 B的 匀 强 磁 场 中 ， 一 小 物 体 质 量 为 m， 带 电 量 为 +q

15、，从 斜 面 顶 端 由 静 止 开 始 滑 下 ， 已 知 物 体 对 斜 面 的 弹 力 在 逐 渐 减 小， 则 物 块 带 什 么 电 ？ 当 物 块 刚 离 开 斜 面 时 速 度 为 多 大 ？ 物 块 在 斜面 上 所 走 过 的 距 离 为 多 少带 正 电 当 N=0v= mgcos/qBS=v2/2aS=m2gcos2 /2q2B2 sin qvBcos= mgyF合 y=0 5 如 图 所 示 ， 在 x轴 上 方 有 水 平 向 左 的 匀 强 电 场 ， 电 场 强 度 为 E， 在 x轴 下 方 有 垂 直 于 纸面 向 里 的 匀 强 磁 场 ， 磁 感 应 强

16、度 为 B。 正 离 子 从 M点 垂 直 于 磁 场 方 向 ， 以 速 度 v射 入 磁 场 区域 ， 从 N点 以 垂 直 于 x轴 的 方 向 进 入 电 场 区 域 ， 然 后 到 达 y轴 上 的 P点 ， 若 OP ON， 求 ： 离 子 的 入 射 速 度 是 多 少 ？ 若 离 子 在 磁 场 中 的 运 动 时 间 为 t1， 在 电 场 中 的 运 动 时 间 为 t2， 则 t1： t2多 大 ？v（ 1） ON=r=mv/qB N到 P 做 类 平 抛 运 动ON=at2/2=qEt2/2mOP=vt2mv2=qE OPOP= ON=r=mv/qB2mv 2=qE m

17、v/qB V=E/2B（ 2） t1=（ 2 r/v） /4 t2= r/v t1/t2= /2ON=qE(OP/v)2/2m 素能提升1.有 一 个 带 电 量 为 +q、 重 为 G的 小 球 ,从两 竖 直 的 带 电 平 行 板 上 方 h处 自 由 落 下 ,两 极 板 间 另 有 匀 强 磁 场 ,磁 感 应 强 度 为B,方 向 如 图 13所 示 ,则 带 电 小 球 通 过 有电 场 和 磁 场 的 空 间 时 ,下 列 说 法 错 误 的是 (BCD )A.一 定 作 曲 线 运 动B.不 可 能 做 曲 线 运 动C.有 可 能 做 匀 加 速 运 动D.有 可 能 做 匀 速 运 动 图 13 4.如 图 15所 示 ,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 .一 带 电粒 子 在 电 场 力 和 洛 伦 兹 力共 同 作 用 下 ,从 静 止 开 始 自A点 沿 曲 线 ACB运 动 ,到 达 B点 时 速 度 为 零 ,C为 运 动 的 最 低 点 ,不 计重 力 ,则 (ABC )A.该 粒 子 必 带 正 电 荷B.A、 B两 点 位 于 同 一 高 度C.粒 子 到 达 C时 的 速 度 最 大D.粒 子 到 达 B点 后 ,将 沿 原 曲 线 返 回 A点 图 15 谢 谢 指 导 ！