山东省冠县武训高级中学高三物理总复习 8.3 带电粒子在复合场中的运动课件1.ppt

8 3带电粒子在复合场中的运动 高三总复习选修3 1 一 带电粒子在复合场中的运动 复合场是指磁场 电场 重力场共存或其中某两场并存 或分区域存在 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几种情况 1 当带电粒子所受合力为零时 将处于静止或匀速直线运动状态 2 当洛伦兹力提供向心力 其余各力的合力为零时 带电粒子做匀速圆周运动 三 带电粒子在复合场中运动的典型应用 包括 速度选择器 磁流体发电机 电磁流量计 霍尔效应 1 平行板中e和b互相垂直 一 速度选择器 3 这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来 跟电量和电荷正负无关 跟所以叫做速度选择器 2 粒子沿直线通过则有 qvb qe v 4 粒子反向通过就不是速度选择器 直线运动 电场力 动能 洛伦兹力 动能 二 磁流体发电机 将等离子体 高温下电离的气体 含有大量带正电和负电的微粒 整体呈中性 喷射入磁场 磁场中有两块金属板a b 这时金属板上就会聚集电荷 产生电压 当qvb 时电势差稳定 1 发电原理 3 最大电势差u bvd 新兴技术 把磁场能直接转化为电能 2 b是发电机正极 u 这就相当于一个可以对外供电的电源 dvb 三 电磁流量计 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 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 当自由电荷所受的洛伦兹力和电场力平衡时 a b间的电势差就保持稳定 1 工作原理 四 霍尔效应 1 定义 高h 宽为d的导体置于匀强磁场b中 当电流通过导体时 在导体板的上表面a和下表面a 之间产生电势差 这种现象称为霍尔效应 此电压称为霍尔电压 2 公式推导 设导体中自由电荷 载流子 是自由电子 图中电流方向向右 则电子受洛伦兹力方向向上 在上表面a积聚电子 则 qbv qe e bv 电势差u eh bhv又i nqsv s为导体的横截面积s hd 得v 所以u bhv 1 如图所示 有a b c d四个离子 它们带同种电荷且电荷量相等 它们的速率关系为va vb vc vd 质量关系为ma mb mc md 进入速度选择器后 有两种离子从速度选择器射出 由此可以判定 a 射向p1的是a粒子b 射向p1的是b粒子c 射向a2的是c粒子d 射向a2的是d粒子 a 2 如右图所示 光滑绝缘杆固定在水平位置上 使其两端分别带上等量同种正电荷q1 q2 杆上套着一带正电小球 整个装置处在一个匀强磁场中 磁感应强度方向垂直纸面向里 将靠近右端的小球从静止开始释放 在小球从右到左的运动过程中 下列说法中正确的是 a 小球受到的洛伦兹力大小不变 方向也不变b 小球受到的洛伦兹力将不断增大c 小球的加速度先减小后增大d 小球的电势能一直减小 c 3 如右图所示 一个带电小球穿在一根绝缘的粗糙直杆上 杆与水平方向成 角 整个空间存在着竖直向上的匀强电场和垂直于杆方向斜向上的匀强磁场 小球从a点由静止开始沿杆向下运动 在c点时速度为4m s b是a c的中点 在这个运动过程中 a 小球通过b点时的速度小于2m sb 小球在ab段克服摩擦力做的功与在bc段克服摩擦力做的功相等c 小球的电势能一定增加d 小球从b到c重力与电场力做的功可能等于克服阻力做的功 d 4 如图所示 套在很长的绝缘直棒上的小球 质量为1 0 10 4kg 带4 0 10 4c的正电荷 小球在棒上可以滑动 将此棒竖直放置在沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中 匀强电场的电场强度e 10n c 方向水平向右 匀强磁场的磁感应强度b 0 5t 方向为垂直于纸面向里 小球与棒间的动摩擦因数为 0 2 求小球由静止沿棒竖直下落的最大加速度和最大速度 设小球在运动过程中所带电荷量保持不变 g取10m s2 答案 2m s25m s 答案 2m s25m s 5 如图所示 竖直平面xoy内存在水平向右的匀强电场 场强大小e 10n c 在y 0的区域内还存在垂直于坐标平面向里的匀强磁场 磁感应强度大小b 0 5t 一带电荷量q 0 2c 质量m 0 4kg的小球由长l 0 4m的细线悬挂于p点 小球可视为质点 现将小球拉至水平位置a无初速释放 小球运动到悬点p正下方的坐标原点o时 悬线突然断裂 此后小球又恰好能通过o点正下方的n点 g 10m s2 求 1 小球运动到o点时的速度大小 2 悬线断裂前瞬间拉力的大小 3 on间的距离 答案 1 2m s 2 8 2n 3 3 2m 答案 1 2m s 2 8 2n 3 3 2m 7 如下图所示 在平面直角坐标系xoy内 第 象限的等腰直角三角形mnp区域内存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场 y 0的区域内存在着沿y轴正方向的匀强电场 一质量为m 电荷量为q的带电粒子从电场中的q 2h h 点以速度v0水平向右射出 经坐标原点o处射入第 象限 最后以垂直于pn的方向射出磁场 已知mn平行于x轴 n点的坐标为 2h 2h 不计粒子的重力 求 1 电场强度的大小e 2 磁感应强度的大小b 3 粒子在磁场中运动的时间t 1 已知这些离子中的离子甲到达磁场边界eg后 从边界ef穿出磁场 求离子甲的质量 2 已知这些离子中的离子乙从eg边上的i点 图中未画出 穿出磁场 且gi长为a 求离子乙的质量 3 若这些离子中的最轻离子的质量等于离子甲质量的一半 而离子乙的质量是最大的 问磁场边界上什么区域可能有离子到达 9 如图所示 第三象限内存在互相垂直的匀强电场和匀强磁场 匀强磁场方向向里 大小为b0 匀强电场场强为e 第二象限的某个矩形区域内 有方向垂直纸面向内的匀强磁场 磁场的下边界与x轴重合 一质量为m 电荷量为q的带正电粒子 以某一速度从m点进入第三象限 沿与y轴成600的直线运动到p点 在