高考物理 第八章 第四单元 带电粒子在复合场中的运动.ppt

第四单元带电粒子在复合场中的运动 一 复合场1 定义 复合场是指 并存 或其中某两场并存 2 三种场的比较 二 带电粒子在复合场中的运动分类1 静止或匀速直线运动 当带电粒子在复合场中所受合外力为零时 将处于 状态或做 2 匀速圆周运动 当带电粒子所受的重力与电场力大小 方向 时 带电粒子在洛伦兹力的作用下 在垂直于匀强磁场的平面内做 运动 3 当带电体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 关系来处理 特别提醒 带电粒子若在重力 电场力 为恒力时 及洛伦兹力共同作用下做直线运动时 则一定为匀速直线运动 三力合力为零 三 带电粒子在复合场中运动的应用实例1 速度选择器 如图所示 2 磁流体发电机 1 磁流体发电是一项新兴技术 它可以把 直接转化为电能 2 根据左手定则 如图中的b是发电机 3 磁流体发电机两极板间的距离为l 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差u 欧姆定律 3 电磁流量计 特别提醒 带电粒子在电场和磁场的复合场中运动时 当达到稳定状态时 都存在电场力和洛伦兹力平衡的关系 即qe qvb 带电粒子在组合场中的运动1 带电粒子在匀强电场和匀强磁场中偏转的区别 2 在电场和磁场组合而成的组合场问题中 带电粒子分别在两个区域中做类平抛和匀速圆周运动 通过连接点的速度将两种运动联系起来 一般可用类平抛和匀速圆周运动的规律求解 另外 准确画好运动轨迹图是解题的关键 1 微粒进入偏转电场时的速度v0的大小 2 微粒射出偏转电场时的偏转角 3 若该匀强磁场的宽度为d 10cm 为使微粒不会由磁场右边射出 该匀强磁场的磁感应强度b至少多大 答案 1 1 0 104m s 2 30 3 0 346t 带电粒子在复合场 叠加场 中的运动情况1 直线运动自由的带电粒子 无轨道约束 在复合场中的直线运动是匀速直线运动 除非运动方向沿磁场方向而不受洛伦兹力 这是因为电场力和重力都是恒力 当速度变化时 会引起洛伦兹力的变化 合力也相应的发生变化 粒子的运动方向就要改变而做曲线运动 在具体题目中 应根据f合 0进行计算 2 匀速圆周运动当带电粒子在复合场中 重力与电场力相平衡 粒子运动方向与匀强磁场方向垂直时 带电粒子就做匀速圆周运动 此种情况下要同时应用平衡条件和向心力公式来进行分析 3 一般曲线运动当带电粒子所受合外力是变力 且与初速度方向不在一条直线上时 粒子做非匀变速曲线运动 这时粒子的运动轨迹不是圆弧 也不是抛物线 一般用动能定理或功能关系计算 a 若质子以小于v0的速度沿极板方向从左端射入 它将向上偏转b 若质子以速度2v0沿极板方向从左端射入 它将沿直线穿过c 若电子以速度v0沿极板方向从左端射入 它将沿直线穿过d 若电子以速度v0沿极板方向从右端射入 它将沿直线穿过 答案 c 题型一带电粒子在组合场中的运动 2010年天津 质谱分析技术已广泛应用于各前沿科学领域 汤姆孙发现电子的质谱装置示意图如图所示 m n为两块水平放置的平行金属极板 板长为l 板右端到屏的距离为d 且d远大于l o o为垂直于屏的中心轴线 不计离子重力和离子在板间偏离o o的距离 以屏中心o为原点建立xoy直角坐标系 其中x轴沿水平方向 y轴沿竖直方向 1 设一个质量为m0 电荷量为q0的正离子以速度v0沿o o的方向从o 点射入 板间不加电场和磁场时 离子打在屏上o点 若在两极板间加一沿 y方向场强为e的匀强电场 求离子射到屏上时偏离o点的距离y0 1 电场强度与磁感应强度大小之比 2 粒子在磁场与电场中运动时间之比 题型二带电粒子在复合场 叠加场 中的运动 1 求微粒所带电荷量q和磁感应强度b的大小 2 求电场变化的周期t 3 改变宽度d 使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域 求t的最小值 2 2010年福建 如图所示的装置 左半部为速度选择器 右半部为匀强的偏转电场 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 q 0 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 答案 a a 若同时增大u和b 其他条件不变 则粒子一定能够直线穿过b 若同时减小d和增大v 其他条件不变 则粒子可能直线穿过c 若粒子向下偏 能够飞出极板间 则粒子动能一定减小d 若粒子向下偏 能够飞出极板间 则粒子的动能有可能不变 答案 bc 答案 d a 狭缝间的电场对粒子起加速作用 因此加速电压越大 带电粒子从d形盒射出时的动能越大b 磁场对带电粒子的洛伦兹力对粒子不做功 因此带电粒子从d形盒射出时的动能与磁场的强弱无关c 带电粒子做一次圆周运动 要被加速两次 因此交变电场的周期应为圆周运动周期的二倍d 用同一回旋加速器分别加速不同的带电粒子 一般要调节交变电场的频率 答案 d 答案 3 2 10 26kg a 穿出位置一定在o 点下方b 穿出位置一定在o 点上方c 在电场中运动时 电势能一定减小d 在电场中运动时 动能一定减小 答案 c 答案 1 0 6w 2 54 1 若两狭缝平行且盘静止 如图 c 某一粒子进入磁场后 竖直向