36带电粒子在复合场中的运动.doc

如东县丰利中学高二物理备课组带电粒子在复合场中的运动学习目标：1、能分析计算带电粒子在复合场中的运动。2、能够解决速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计等磁场在生活和科技方面的应用问题。3、会分析带电粒子在复合场中受力情况，掌握带电粒子在复合场中几种特殊运动的条件。4、能正确画出粒子运动轨迹。重点难点：带电粒子在复合场中的受力分析及运动径迹学法指导：自主阅读、合作探究、归纳总结自主学习一、 带电粒子叠加场中的运动（一）带电粒子在叠加场中有约束情况下的运动带电粒子在复合场中受轻杆、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定律求出结果。（二）带电粒子在叠加场中无约束情况下的运动1、当带电粒子在叠加场中静止或做匀速直线运动时，根据 列方程求解。（1）速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件题型探究【例1】xk.Com 如图所示，匀强磁场B方向水平向里，匀强电场E方向竖直向下，有一正离子恰能沿直线从左向右水平飞越此区域。求粒子速度。【思维拓展】如图所示，匀强磁场方向水平向里，匀强电场方向竖直向下，有一正离子恰能沿直线从左向右水平飞越此区域则()A若电子从右向左飞入，电子也沿直线运动B若电子从右向左飞入，电子将向上偏转C若电子从右向左飞入，电子将向下偏转D若电子从左向右飞入，电子也沿直线运动【例2】如图所示，虚线框中存在匀强电场E和匀强磁场B，它们相互正交或平行有一个带负电的小球从该复合场上方的某一高度处自由落下，那么，带电小球可能沿直线通过下列的哪些复合场区域() （2）多力作用下的直线运动题型探究【例3】如图所示，匀强电场的方向竖直向下，匀强磁场的方向垂直纸面向里，三个油滴a、b、c带有等量同种电荷，其中a静止，b向右做匀速运动，c向左做匀速运动，比较它们的重力Ga、Gb、Gc间的关系，正确的是()AGa最大BGb最大CGc最大 DGb最小A【思维拓展】某空间存在水平方向的匀强电场（图中未画出），带电小球沿图中直线斜向下由A向C运动，判断小球做何种运动，小球带何种电，电场方向如何。C2、带电粒子在叠加场中做匀速圆周运动时，应用 结合 的规律求解。(1)库仑力和洛伦兹力共同提供向心力题型探究【例4】如图所示，一电子绕固定的正点电荷q做匀速圆周运动，半径为R，轨道平面位于纸面内，电子的速度方向如图中箭头所示另有一电子绕固定的负的点电荷q做匀速圆周运动，已知轨道半径并不因此而改变，则应在负电荷所在空间加磁感应强度多大的磁场？磁场方向如何？（2）洛伦兹力提供向心力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。题型探究E B【例5】 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。则该带电微粒必然带_，旋转方向为_。若已知圆半径为r，电场强度为E磁感应强度为B，则线速度为_。【思维拓展】如图所示，在互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，电荷量为q的液滴在竖直面内做半径为R的匀速圆周运动已知电场强度为E，磁感应强度为B，则液滴的质量和环绕速度分别为() A.， B.，CB ， D.，3、当带电粒子做较复杂曲线运动时，一般用 或能量守恒定律求解。题型探究abcov0【例6】某带电粒子从图中速度选择器左端由中点O以速度v0向右射去，从右端中心a下方的b点以速度v1射出；若增大磁感应强度B，该粒子将打到a点上方的c点，且有ac=ab，则该粒子带_电；第二次射出时的速度为_。【思维拓展】如图所示，匀强电场的场强E=4V/m，方向水平向左，匀强磁场的磁感应强度B=2T，方向垂直于纸面向里。一个质量m=1g、带正电的小物体A从M点沿绝缘粗糙的竖直壁无初速下滑，当它滑行h=0.8m到N点时离开壁做曲线运动，运动到P点时恰好处于平衡状态，此时速度方向与水平方向成45，设P与M的高度差H=1.6m。求：A沿壁下滑过程中摩擦力做的功；P与M的水平距离s。（g取10m/s2）解题注意：1、受力分析是基础 2、过程分析是关键 3、巧选规律定成败二、 带电粒子在组合场中的运动（一） 带电粒子在匀强电场、匀强磁场相邻的组合场中的运动1、 电场加速-磁场偏转组合（1）质谱仪质谱仪是一种测量带电粒子质量和分离同位素的仪器。如图所示，离子源S产生质量为m、电荷量为q的正离子(所受重力不计)离子出来时速度很小(可忽略不计)，经过电压为U的电场加速后进人磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期到达记录它的照相底片P上，测出它在P上的位置到人口处的距离为L，则加速电场中： 匀强磁场中： 联立求解得：m= 因此，只要知道 、 、 与 ，就可计算出带电粒子的质量m不同质量的同位素从不同处可得到分离，故质谱仪又是分离 的重要仪器题型探究【例7】如图所示是质谱仪的工作原理示意图带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场下列表述正确的是() A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/BSB2P1P2P3P4B1D粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小【思维拓展】如图所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置的示意图速度选择器中场强E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直纸面向里，分离器中磁感应强度B2的方向垂直纸面向外在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B1入射到速度选择器中，若m甲= m乙 m丙= m丁，v甲 v乙= v丙v丁，在不计重力的情况下，则分别打在P1、P2、P3、P4四点的离子分别是 （ ）A甲乙丙丁 B甲丁乙丙C丙丁乙甲 D甲乙丁丙来源:学_科_网（2）回旋加速器回旋加速器是一种利用电场和磁场来加速带电粒子的装置，其核心部分如图，有两个D形盒，在两个D形盒间接上交变电源，整个装置放在强大的磁场中，从粒子源发出的带电粒子在D形盒内受洛仑兹力作用而作圆周运动，它们在盒缝处受高变电场加速，由于带电粒子的运动周期与运动速率无关，所以只要交变电场的频率等于粒子作用圆周运动的频率，粒子就沿螺旋轨道一步步地增大速率，在达到预定的速率后就把粒子引出。电场加速 ，磁场约束偏转 ， 粒子运动半径 ，周期 。加速条件：交变电源的 与带电粒子在D形盒中运动的 相同。题型探究【例8】如图所示为回旋加速器的示意图，已知D形盒的半径为R，中心上半面出口处O放有质量为m、带电荷量为q的正离子源，若磁感应强度大小为B，则加在D形盒间的高频电源的频率为( ) 【例9】回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个半圆形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的匀强电场，使粒子在通过狭缝时加速，两金属盒处于垂直于盒底面的匀强磁场中，如图所示。设匀强磁场的磁感应强度为B，金属盒的半径为R，狭缝间的距离为d，加速电压为U，要增大带电粒子（电荷量为q、质量为m，不计重力）射出回旋加速器时的动能，则下列方法中可行的是( )来源:Zxxk.ComA增大加速电压 B减小狭缝间的距离C增大磁场的磁感应强度 D增大金属盒的半径来源:Zxxk.Com【思维拓展】1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图1所示这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是()A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C离子从磁场中获得能量D离子从电场中获得能量（3）一般问题中的应用【例9】如图所示，有界匀强磁场的磁感应强度B2103 T；磁场右边是宽度L0.2 m、场强E40 V/m、方向向左的匀强电场一带电粒子电荷量q3.21019 C，质量m6.41027 kg，以v4104 m/s的速度沿OO垂直射入磁场，在磁场中偏转后进入右侧的电场，最后从电场右边界射出求：(1)大致画出带电粒子的运动轨迹；(画在给出的图中)(2)带电粒子在磁场中运动的轨道半径；(3)带电粒子飞出电场时的动能Ek.2、电场偏转-磁场偏转组合题型探究【例10】如图所示，L1和L2为两平行的虚线，L1上方和L2下方都是垂直纸面向里的磁场强度相同的匀强磁场，A、B两点都在L2上。带电粒子从A点以初速V斜向上与L2成30角射出，经过偏转后，过B点时正好速度方向也斜向上。不计重力，下列说法中正确的是：（ ） A带电粒子经B点时速度一定和在A点时速度相同；B若带电粒子在A点时的初速度变大(方向不变)，它将不能经过B点；C若将带电粒子在A点时的初速度方向改为与L2成60角向上，它就不一定经过B点；D此粒子一定是正电荷【例11】如图所示，在第一象限有一均强电场，场强大小为E，方向与y轴平行；在x轴下方有一均强磁场，磁场方向与纸面垂直。一质量为m、电荷量为-q(q0)的粒子以平行于x轴的速度从y轴上的P点处射入电场，在x轴上的Q点处进入磁场，并从坐标原点O离开磁场。粒子在磁场中的运动轨迹与y轴交于M点。已知,。不计重力。求（1）M点与坐标原点O间的距离；（2）粒子从P点运动到M点所用的时间。（二）带电粒子在交变电场和磁场中的运动题型探究【例12】如图甲所示，M、N为竖直放置彼此平行的两块平板，板间距离为d，