高中物理 8.4.1带电粒子在复合场中的运动教案 新人教版

用心 爱心 专心1 8 4 1 8 4 1 带电粒子在复合场中的运动 复习学案 带电粒子在复合场中的运动 复习学案 复习目标复习目标 1 掌握复合场及其它们的特点 2 掌握带电粒子在复合场中运动的几种情况 3 掌握带电粒子在复合场中运动的典型应用 4 掌握带电粒子在复合场中运动的一般思路 自主复习自主复习 一 复合场 1 定义 复合场是指 并存 或其中某两种场并存的场 2 三种场的比较 力的特点功和能的特点 重力 场 大小 G 方向 重力做功与路径 重力做功改变物体的重力势能 静电 场 大小 F 方向 正电荷受力方向与 场强方向 负电荷受力方向与场强方 向 电场力做功与路径 W qU 电场力做功改变 磁场 洛伦兹力 F qvB 方向符合左手定则 洛伦兹力不做功 不改变带电粒子的 3 带电粒子在磁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 当带电粒子做匀速圆周运动时 提供向心力 其余各力的合力必为零 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 二 带电粒子在复合场中运动的典型应用 1 速度选择器 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 用心 爱心 专心2 2 带电粒子能够匀速沿直线通过速度选择器的条件是 即v 2 回旋加速器 1 基本构造 回旋加速器的核心部分是放置在磁场中的两个D形的金属扁盒 如上图右所 示 其基本组成为 粒子源 两个D形金属盒 匀强磁场 高频电源 粒子引出装置 真空容 器 2 工作原理 电场加速 磁场约束偏转 加速条件 高频电源的周期与带电粒子在 D 形盒中运动的周期 即 T电场 电场 T回旋 回旋 3 磁流体发电机 1 根据左手定则 如下图所示中的B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 磁场的磁感应强度为B 则两 极板间能达到的最大电势差U 4 电磁流量计 工作原理 如上右图所示 圆形导管直径为d 用非磁性材料制成 导电液体在管中向左 流动 导电液体中的自由电荷 正 负离子负离子 在洛伦兹力的作用下横向偏转 a b 间出现电势差 形成电场 当自由电荷所受的 和 平衡时 a b 间的电势差就保持稳定 即 所 以 v 因此液体流量 Q 5 质谱仪 1 用途 质谱仪是一种测量带电粒子 和 的仪器 2 原理 如下图所示 离子源A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的电场加速后进入磁感应强度为B的匀强 磁场中做匀速圆周运动 用心 爱心 专心3 经过半个周期到达记录它的照相底片 D 上 测得它在 D 上的位置到入口处的距离为 L 则 m 不同质量的同位素从不同处可得到分离 故质谱仪又是分离同位素的重要仪器 6 霍尔效应 在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体 当 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 其原理如下图所示 三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 在场强为E的匀强电场中 在磁感应强度为B的 匀强磁场中 初速度为零 初速度平行场线 初速度垂直场线 特点 2 电偏转 和 磁偏转 的比较 磁偏转电偏转 用心 爱心 专心4 受 力 特 征 v垂直于B时 FB qvB v不垂直于B时 FB qvB FB为变力 只改变v的 方向 无论v是否与E 垂直 F qE F 为恒力 运 动 规 律 圆周运动 v B 类平抛运动 偏 转 情 况 若没有磁场边界限制 粒子所能偏转的角度不受限制 做类平抛运动 动能 变化 动能不变动能发生变化 例 1 2008 年高考天津理综 如下图所示 在平面直角坐标系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 角射入磁场 最后从y轴负半轴上的P点垂 直于y轴射出磁场 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 四带电粒子在复合场中运动的一般思路 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 用心 爱心 专心5 力场三者的复合 2 正确进行受力分析 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 1 当带电粒子在复合场中做匀速