带电粒子在叠加场中的运动问题（课堂PPT）

1、1 1带电体在复合场中运动的分类带电体在复合场中运动的分类(1)(1)磁场磁场+ +重力场并存重力场并存 （2 2）电场）电场+ +重力场并存重力场并存 (3)(3)电场电场+ +磁场磁场( (不计重力微观粒子不计重力微观粒子) ) (4) (4)电场电场+ +磁场磁场+ +重力场并存重力场并存 带电体在叠加场中的运动问题带电体在叠加场中的运动问题2.2.带电粒子在复合场中运动的分析方法带电粒子在复合场中运动的分析方法3、带电体在复合场中运动的几种运动模型带电体在复合场中运动的几种运动模型1 1、匀速直线运动、匀速直线运动abEBEB+q mCBED+q m3 3、匀速圆周运动、匀速圆周运动2

2、 2、类平抛运动、类平抛运动如图所示为阿尔法磁谱仪的内部结构示意图，它曾由航如图所示为阿尔法磁谱仪的内部结构示意图，它曾由航天飞机携带升空，安装在阿尔法空间站中，用来探测宇天飞机携带升空，安装在阿尔法空间站中，用来探测宇宙射线现假设一束由两种不同粒子组成的宇宙射线，宙射线现假设一束由两种不同粒子组成的宇宙射线，恰好沿直线恰好沿直线OOOO通过正交的电场和磁场区域后进入匀强通过正交的电场和磁场区域后进入匀强磁场磁场B2B2，形成两条径迹，则下列说法中正确的（），形成两条径迹，则下列说法中正确的（）A A粒子粒子1 1进入磁场进入磁场B2B2的速度小于粒子的速度小于粒子2 2的速度的速度B B粒子

3、粒子1 1进入磁场进入磁场B2B2的速度等于粒子的速度等于粒子2 2的速度的速度C C粒子粒子1 1的比荷大于粒子的比荷大于粒子2 2的比荷的比荷D D粒子粒子1 1的比荷小于粒子的比荷小于粒子2 2的比荷的比荷类型一：电场和磁场的叠加类型一：电场和磁场的叠加 有一个带电量为有一个带电量为+q+q、重为、重为G G的小球的小球, ,从两竖直的带电平从两竖直的带电平行板上方行板上方h h处自由落下处自由落下, ,两极板间另有匀强磁场两极板间另有匀强磁场, ,磁感磁感应强度为应强度为B,B,方向如图方向如图1111所示所示, ,则带电小球通过有电场则带电小球通过有电场和磁场的空间时和磁场的空间时,

4、 ,下列说法错误的是下列说法错误的是 ( )( )A.A.一定作曲线运动一定作曲线运动B.B.不可能做曲线运动不可能做曲线运动C.C.有可能做匀加速运动有可能做匀加速运动D.D.有可能做匀速运动有可能做匀速运动图图1111类型一：电场和磁场的叠加类型一：电场和磁场的叠加如图所示如图所示, ,一束同位素离子流从狭缝一束同位素离子流从狭缝S1S1射入速度选择器射入速度选择器, ,能够沿直线通过速度选择器并从狭缝能够沿直线通过速度选择器并从狭缝S2S2射出的离子射出的离子, ,又又沿着与电场垂直的方向沿着与电场垂直的方向, ,立即进入场强大小为立即进入场强大小为E E的偏转电的偏转电场场, ,最后打

5、在照相底片最后打在照相底片D D上上. .已知同位素离子的电荷量为已知同位素离子的电荷量为q(q0),q(q0),速度选择器内部存在着相互垂直的场强大小为速度选择器内部存在着相互垂直的场强大小为E E0 0的匀强电场和磁感应强度大小为的匀强电场和磁感应强度大小为B B0 0的匀强磁场的匀强磁场, ,照相照相底片底片D D与狭缝与狭缝S S1 1 S S2 2的连线平行且距离为的连线平行且距离为L,L,忽略重力的忽略重力的影响影响. . 求：求：x x与离子质量与离子质量m m之间之间的关系式的关系式( (用用E0E0 B0B0 E E q q m m L L表示表示).).质谱仪。质谱仪。可以

6、用来测定带电粒子的荷质比。也可以可以用来测定带电粒子的荷质比。也可以在已知电量的情况下测定粒子质量。在已知电量的情况下测定粒子质量。 2mv21qU rmvqvB222rBU2mq 类型一：电场和磁场的叠加类型一：电场和磁场的叠加图是质谱仪的原理示意图带电粒子被加速电场加速图是质谱仪的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磁场和匀强电场的强度分别为B B和和E E. .平板平板S S上有可让粒上有可让粒子通过的狭缝子通过的狭缝P P和记录粒子位置的胶片和记录粒子位置的胶片A A1 1A

7、A2 2. .平板平板S S下方下方有强度为有强度为B B0 0的匀强磁场下列表述错误的是（的匀强磁场下列表述错误的是（ ）A A质谱仪是分析同位素的重要工具质谱仪是分析同位素的重要工具B B速度选择器中的磁场方向垂直速度选择器中的磁场方向垂直 纸面向外纸面向外C C能通过狭缝能通过狭缝P P的带电粒子的速率的带电粒子的速率 等于等于E E/ /B BD D粒子打在胶片上的位置越靠近粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝狭缝P P，粒子的比荷越小，粒子的比荷越小类型一：电场和磁场的叠加类型一：电场和磁场的叠加D例磁流体发电机原理如图。相距为例磁流体发电机原理如图。相距为 d d 的极板的极板A A、B

8、 B间有高速等离子体喷射，两极板间有如图方向的匀强间有高速等离子体喷射，两极板间有如图方向的匀强磁场。该发电机哪个极板为正极？两板间最大电压为磁场。该发电机哪个极板为正极？两板间最大电压为多少？设气体的电导率多少？设气体的电导率( (电阻率的倒数电阻率的倒数) )为为K K，求通过，求通过外阻外阻R R的电流？的电流？vB为正极板为正极板dUqqEqvBmm即磁流体发电机的电动势即磁流体发电机的电动势E BdvUm类型一：电场和磁场的叠加类型一：电场和磁场的叠加zyxv注意：注意：电流方向相同时电流方向相同时，正、负离子在，正、负离子在同一个磁场同一个磁场中所受洛伦兹力的方向相同，偏转方向相同

9、。中所受洛伦兹力的方向相同，偏转方向相同。 yzv类型一：电场和磁场的叠加类型一：电场和磁场的叠加霍尔效应霍尔效应如图所示的流量计由绝缘材料制成，长、宽、高分别如图所示的流量计由绝缘材料制成，长、宽、高分别为为a a、b b、c c，左右两端开口在垂直于上下底面方向加，左右两端开口在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为磁感应强度大小为B B的匀强磁场，在前后两个内侧面分的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极污水充满管口从左向右流别固定有金属板作为电极污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U U. .若用若用Q Q表示

10、污水流量表示污水流量( (单位时间内排出的污水体积单位时间内排出的污水体积) )，下列说，下列说法中正确的是法中正确的是 ( () ) A A若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高B B若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高C C污水中离子浓度越高，污水中离子浓度越高， 电压表的示数将越大电压表的示数将越大D D污水流量污水流量Q Q与与U U成正比，成正比， 与与a a、b b无关无关答案：答案：D D类型一：电场和磁场的叠加（类型一：电场和磁场的叠加（流量计）流量计）例例2 2质量为质量为 m m

11、带电量为带电量为 q q 的小球套在竖直放置的的小球套在竖直放置的绝缘杆上，球与杆间的动摩擦因数为绝缘杆上，球与杆间的动摩擦因数为。匀强电场和。匀强电场和匀强磁场的方向如图所示，电场强度为匀强磁场的方向如图所示，电场强度为 E E，磁感应强，磁感应强度为度为 B B。小球由静止释放后沿杆下滑。设杆足够长，。小球由静止释放后沿杆下滑。设杆足够长，电场和磁场也足够大，电场和磁场也足够大， 求运动过程中小球的最大加求运动过程中小球的最大加速度和最大速度。速度和最大速度。 EBqEqvBmgfN最大加速度为最大加速度为 g，此时有：，此时有：qvB=qE，N=0，f=0当摩擦力和重力大小相等时，当摩擦

12、力和重力大小相等时，小球速度达到最大小球速度达到最大 BEqBmgv类型一：电场和磁场的叠加类型一：电场和磁场的叠加拓展：拓展：若将磁场反向，其余条件不变。最大若将磁场反向，其余条件不变。最大加速度和最大速度又各是多少？何时出现？加速度和最大速度又各是多少？何时出现？mEqgaBEBqmgv开始的加速度最大为开始的加速度最大为摩擦力等于重力时速度最大，为摩擦力等于重力时速度最大，为EBqEqvBmgfN类型一：电场和磁场的叠加类型一：电场和磁场的叠加如图所示，如图所示，I I、是竖直平面内两个相同的半圆形光滑是竖直平面内两个相同的半圆形光滑绝缘轨道，绝缘轨道，K K为轨道最低点轨道为轨道最低点

13、轨道I I处于垂直纸面向外处于垂直纸面向外的匀强磁场中，轨道的匀强磁场中，轨道IIII处于水平向右的匀强电场处于水平向右的匀强电场中两个完全相同的带正电小球中两个完全相同的带正电小球a a、b b从静止开始下滑从静止开始下滑至第一次到达最低点至第一次到达最低点k k的过程，则此过程带电小球的过程，则此过程带电小球a a、b b相比（）相比（）A A球球a a所需时间较长所需时间较长B B球球b b机械能损失较多机械能损失较多C C在在K K处球处球a a速度较大速度较大D D在在K K处球处球b b对轨道压力较大对轨道压力较大BC类型二类型二 磁场磁场+ +重力场重力场+ +电场电场例例3 3

14、一个带电微粒在图示的正交匀强电场和匀强磁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。则该带电微粒必然场中在竖直面内做匀速圆周运动。则该带电微粒必然带带_，旋转方向为，旋转方向为_。若已知圆半径为。若已知圆半径为r r，电，电场强度为场强度为 E E 磁感应强度为磁感应强度为 B B，则线速度为，则线速度为_。 BE负电，负电，逆时针，逆时针，v = qBr/m = gBr/E类型三类型三 磁场磁场+ +重力场重力场+ +电场电场2 2如图所示，某空间存在正交的匀强磁场和匀强电如图所示，某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场，电场方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里，一场，电

15、场方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里，一带电微粒由带电微粒由a a点进入电磁场并刚好能沿点进入电磁场并刚好能沿abab直线向上运直线向上运动，下列说法正确的是动，下列说法正确的是 ( )( )A A微粒一定带负电微粒一定带负电B B微粒动能一定减小微粒动能一定减小C C微粒的电势能一定增加微粒的电势能一定增加 D D微粒的机械能一定增加微粒的机械能一定增加abE类型三类型三 磁场磁场+ +重力场重力场+ +电场电场【例【例4 4】如图所示，带电平行板中匀强电场竖直向上，如图所示，带电平行板中匀强电场竖直向上，匀强磁场方向垂直纸面向里，某带电小球从光滑绝缘匀强磁场方向垂直纸面向里，某带电小球从光滑绝缘轨道上的轨道上的a a点自由滑下，经过轨道端点点自由滑下，经过轨道端点P P进入板间后恰进入板间