南京师范大学附中高三物理教研活动资料包粒子在电磁场中的运动专题.ppt

带电粒子在电磁场中的运动 南京师大附中陈明 知识回顾 问题1 带电粒子通常会受哪些场力作用 这些力有什么特点 电场力 匀强电场中为恒力 重力 恒力洛仑兹力特点 大小方向随速度变化问题2 带电粒子仅在匀强电场中运动有几种情况 匀变速直线 匀变速曲线 类平抛 类斜抛 问题3 带电粒子仅在匀强磁场中运动有几种情况 匀速圆周运动 匀速直线运动 等距螺线运动 典型例题与方法 1 带电粒子在分段电磁场中的运动 例题1如图所示 水平方向的匀强电场的场强为e 场区宽度为l 竖直方向足够长 紧挨着电场的是垂直纸面向内的两个匀强磁场区 其磁感应强度分别是b和2b 一个质量为m 电量为q的带正电的粒子 不计重力 从电场的边界mn上的a点由静止释放 经电场加速后进入磁场 经过t2 pm 6qb 时间穿过中间磁场进入右边磁场后能按某一路径再返回到电场的边界mn上的某一点b 虚线为场区的分界面 求 粒子从a点运动到b点的时间 e 拓展一 从较长时间来看 粒子做何运动 拓展二 反转右边磁场方向 带电粒子将如何运动 拓展三 要使粒子回到原来的出发点 对右边磁场有什么要求 要点回顾 分段电磁场中 带电粒子的运动为匀强电场 磁场中运动的衔接组合每个阶段是基本的匀加直 类抛体 部分圆运动各阶段衔接的关键因素是速度注意利用图形的对称性注意运动的周期性 重复性 带电粒子在交变电磁场中的运动 例题2如图 a 所示 平行板电容器两金属板 和 相距为d 紧靠它们的右端安放着垂直于金属板的靶mn 现在ab板上加上如图 b 所示的方波形的电压 ab 电压的正向值为u0 反向值为u0 2 且每隔t 2换向一次 现有质量为m的带正电且电量为q的连续粒子束从ab左边缘的中点o以平行金属板的方向oo 射入 设粒子能全部打在靶上而且所有粒子在ab间的飞行时间均为t 不计带电粒子的重力 则 在距靶面mn的中心点o 多远的范围内有粒子击中 拓展 对t 0时刻进入电场的粒子飞过电场的过程中 电场力做的总功是多少 能否采用qu0 qu0 2计算 其它时刻进入电场的粒子飞过电场的过程中 电场力做的总功如何计算 要点回顾 运动分解 在垂直加速度的方向上作匀速直线运动 在电场方向做分段的匀变速运动v t图处理交替变速过程中的位移问题注意 电场力做功取决于带电粒子跨越的电势差而不是两板间的电势差 带电粒子在混合场中的运动 要点回顾 复合场中带电粒子做匀速直线运动 考虑平衡条件 确定各力关系 根据洛仑兹力确定速度方向恒力场中带电粒子的运动多为类抛体运动 可以灵活采取分解方式本题确定速度和合力方向后 可采用类平抛运动有关关系处理 通常运用速度方向和位移方向的特定关系比较简便 能量思路处理复合场中的曲线运动 尤其是含洛仑兹力的 有独特的优势 综合训练 例题4如图所示 带正电粒子以水平速度v0从平行金属板mn间正中位置射入 mn间有垂直纸面向里的匀强磁场b1 紧邻金属板右侧有垂直纸面向里的匀强磁场b2 垂直纸面向外的匀强磁场b3 分界线分别为cd ef gh为屏幕 金属板间距为d 长度为l b2 b3宽度为d 2d 已知 带正电粒子比荷为q m 1 b2 1t b3 0 5t l d 1m v0 0 5m s 重力不计 1 b1 2t u为多少时 粒子以水平速度到达屏幕gh 已知 带正电粒子比荷为q m 1 b2 1t b3 0 5t l d 1m v0 0 5m s 重力不计 1 b1 2t u为多少时 粒子以水平速度到达屏幕gh 已知 带正电粒子比荷为q m 1 b2 1t b3 0 5t l d 1m v0 0 5m s 重力不计 2 撤去b1 给mn板间加上如图所示的电压 其中t远大于粒子飞过板间的时间 求每个周期t内有多少时间粒子可以到达屏幕gh 3 在2 的条件下 粒子到达屏幕gh时的速度方向有哪些可能的值 试说明理由