《38带电粒子在复合场中的运动》

1、3.8带电粒子在复合场中的运动 编写 冯志 审核 李孟娟【课前预习案】1复合场(1)叠加场：电场、_、重力场共存，或其中某两场共存(2)组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠或在同一区域，电场、磁场_出现2三种场的比较 项目名称力的特点功和能的特点重力场大小：G_方向：_重力做功与_无关重力做功改变物体的_静电场方向：a.正电荷受力方向与场强方向_ b.负电荷受力方向与场强方向_电场力做功与_无关W_电场力做功改变_磁场洛伦兹力F_方向可用_定则判断洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的_eq x(思考)：1.带电粒子在叠加场中什么时候静止或做直线运动？什么时候做匀速圆周运动？2复合场中带电

2、粒子在重力、电场力(为恒力时)、洛伦兹力三个力作用下能做匀变速直线运动吗？二、带电粒子在复合场中运动的应用实例1电视显像管电视显像管是应用电子束_(填“电偏转”或“磁偏转”)的原理来工作的，使电子束偏转的_(填“电场”或“磁场”)是由两对偏转线圈产生的显像管工作时，由_发射电子束，利用磁场来使电子束偏转，实现电视技术中的_，使整个荧光屏都在发光2速度选择器(如图所示)(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_的粒子选择出来，所以叫做速度选择器(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qEqvB，即v_.3磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把_直接

3、转化为电能(2)根据左手定则，如图中的B是发电机_(3)磁流体发电机两极板间的距离为l，等离子体速度为v，磁场的磁感应强度为B，则由qEqeq f(U,l)qvB得两极板间能达到的最大电势差U_.4电磁流量计工作原理：如图所示，圆形导管直径为d，用_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，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定，即：qvB_，所以v_，因此液体流量QSveq f(d2,4)eq f(U,Bd)eq f(dU,4B).5霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当

4、_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_，这种现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电势差，其原理如图所示eq x(思考)：带电粒子在电场与磁场的复合场中运动时，当达到稳定状态时，都存在怎样的力学关系？带电粒子在叠加场中的运动1带电粒子在叠加场中无约束情况下的运动情况分类(1)磁场力、重力并存若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂的曲线运动，因F洛不做功，故机械能守恒，由此可求解问题(2)电场力、磁场力并存(不计重力的微观粒子)若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂的曲线运

5、动，因F洛不做功，可用动能定理求解问题(3)电场力、磁场力、重力并存若三力平衡，一定做匀速直线运动若重力与电场力平衡，一定做匀速圆周运动若合力不为零且与速度方向不垂直，将做复杂的曲线运动，因F洛不做功，可用能量守恒或动能定理求解问题2带电粒子在复合场中有约束情况下的运动带电体在复合场中受轻杆、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运动定律求出结果【预习检测题】1（电场与磁场）如图所示，a、b是一对平行金属板，分别接到直流电源两极上，右边有一挡板，正中间开有一

6、小孔d，在较大空间范围内存在着匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，在a、b两板间还存在着匀强电场E.从两板左侧中点c处射入一束正离子(不计重力)，这些正离子都沿直线运动到右侧，从d孔射出后分成3束则下列判断正确的是()A这三束正离子的速度一定不相同B这三束正离子的比荷一定不相同Ca、b两板间的匀强电场方向一定由a指向bD若这三束离子改为带负电而其他条件不变则仍能从d孔射出2（重力场与磁场）mOLB用一根长L=0.8m的轻绳悬挂已质量m=1.0g的带电小球，放在磁感应强度B=0.1T，方向如图所示的匀强磁场中，把小球拉到悬点右侧，使轻绳刚好水平拉直，将小球由静止释放，小球便在垂直于磁

7、场的竖直平面内摆动，当小球第一次摆到最低点时，悬线的拉力恰好为零，重力加速度g取10m/s2。求：（1）小球带何种电荷？电量为多少？（2）当小球第二次经过最低点时，悬线对小球的拉力多大？3（重力场与电场）真空中存在空间范围足够大的、水平向右的匀强电场在电场中，若将一个质量为m、带正电的小球由静止释放，运动中小球速度与竖直方向夹角为37（取sin370.6，cos37=0.8）现将该小球从电场中某点以初速度v0竖直向上抛出，求运动过程中（1）小球受到的电场力的大小及方向；（2）小球从抛出点至最高点的电势能变化量；（3）小球的最小速度的大小及方向4（电场、磁场、重力场）如图所示，竖直两平行板P、Q

8、，长为L，两板间电压为U，垂直纸面的匀强磁场的磁感应强度为B，电场和磁场均匀分布在两板空间内，今有带电量为Q，质量为m的带正电的油滴，从某高度处由静止落下，从两板正中央进入两板之间，刚进入时油滴受到的磁场力和电场力相等，此后油滴恰好从P板的下端点处离开两板正对的区域，求（1）油滴原来静止下落的位置离板上端点的高度h。（2）油滴离开板间时的速度大小。5（组合场）如图所示，在X轴上方有匀强电场，场强为E；在X轴下方有匀强磁场，磁感应强度为B，方向如图，在X轴上有一点M，离O点距离为L现有一带电量为十q的粒子，使其从静止开始释放后能经过M点如果把此粒子放在y轴上，其坐标应满足什么关系？（重力忽略不计

9、）【随堂训练题】1一个质量m=0.1g的小滑块，带有q=5104C的电荷，放置在倾角=30的光滑绝缘斜面上，斜面置于B=0.5T的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图所示，小滑块由静止开始沿斜面滑下，其斜面足够长，小滑块滑至某一位置时，将要离开斜面。求：（1）小滑块带何种电荷？B（2）小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？（3）该斜面的长度至少多长？2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()Aeq f(qE,g)，eq f(E,B) Beq f(B2qR,E)，eq f(E,B)

10、CB eq r(f(qR,g)，eq r(qgR) Deq f(qE,g)，eq f(BgR,E)3（速度选择器）如图所示，匀强电场和匀强磁场相互垂直，现有一束带电粒子（不计重力），以速度v0沿图示方向恰能直线穿过，下列说法正确的是()A如果让平行板电容器左极板为正极，则带电粒子必须从下向上以v0进入该区域才能沿直线穿过B如果带正电粒子以小于v0速度沿v0方向射入该区域时，其电势能越来越小C如果带负电粒子速度小于v0，仍沿v0方向射入该区域时，其电势能越来越大D无论带正、负电的粒子，若从下向上以速度v0进入该区域时，其动能都一定增加4（磁流体发电机）如图所示，连接两平行金属板导线的一部分CD与

11、一有电源回路的一部分GH平行且均在纸面内，金属板置于磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，当一束等离子体射入两金属板之间时，CD段导线受到力F的作用，则()A若等离子体从右方射入，F向左B若等离子体从右方射入，F向右C若等离子体从左方射入，F向左D若等离子体从左方射入，F向右vabd5（电磁流量计）如图所示为电磁流量计的示意图，图中非磁性管的直径为d，内有流动的导电液体。在垂直液体流向的方向上加一指向纸里的匀强磁场，磁感应强度为B，测得液体a、b两点间的电势差为U，则管内导电液体的流量为()BC6（赫尔效应）物体导电是由其中的自由电荷定向移动引起的，这些可以移动的自由电荷又叫载流子。金属导体的载流子

12、是自由电子，现代广泛应用的半导体材料分为两大类：一类是N型半导体，它的载流子为电子；另一类是P型半导体，它的载流子为“空穴”，相当于带正电的粒子，如果把某种材料制成的长方体放在匀强磁场中，磁场方向如图所示，且与前后侧面垂直，长方体中通有方向水平向右的电流，设长方体的上下表面M、N的电势分别为M和N，则下列判断中正确的是()A如果是P型半导体，有MN B如果是N型半导体，有MNC如果是P型半导体，有MN D如果是金属导体，有MR2。假定穿过铝板前后粒子电荷量保持不变，则该粒子()A带正电B在、区域的运动速度相同C在、区域的运动时间相同D从区域穿过铝板运动到区域3如图所示，带电粒子以速度v0从a点

13、进入匀强磁场，运动中经过b点，OaOb，若撤去磁场加一个与y轴平行的匀强电场，仍以v0从a点进入电场，粒子仍能通过b点，那么电场强度E与磁感应强度B之比eq f(E,B)为()Av0 B.eq f(1,v0)C2v0 D.eq f(v0,2)4如图所示，MN是纸面内的一条直线，其所在空间充满与纸面平行的匀强电场或与纸面垂直的匀强磁场(场区都足够大)，现有一重力不计的带电粒子从MN上的O点以水平初速度v0射入场区，下列有关判断正确的是()A如果粒子回到MN上时速度增大，则空间存在的一定是电场B如果粒子回到MN上时速度大小不变，则该空间存在的一定是电场C若只改变粒子的速度大小，发现粒子再回到MN上

14、时与其所成夹角不变，则该空间存在的一定是磁场D若只改变粒子的速度大小，发现粒子再回到MN所用的时间不变，则该空间存在的一定是磁场5如图甲所示为一个质量为m、带电荷量为q的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中现给圆环向右的初速度v0，在以后的运动过程中，圆环运动的速度时间图象可能是图乙中的()6如图所示，质量为m，带电荷量为q的微粒以速度v与水平方向成45角进入匀强电场和匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里如果微粒做匀速直线运动，则下列说法正确的是 ()A微粒受电场力、洛伦兹力、重力三个力作用B微粒受电场力、洛伦兹力两个力作用C匀强电场的电场强度Eeq f(2

15、mg,q)D匀强磁场的磁感应强度Beq f(mg,qv)7如图所示，水平放置的两块平行金属板，充电后与电源断开板间存在着方向竖直向下的匀强电场E和垂直于纸面向里、磁感强度为B的匀强磁场一质量为m、电荷量为q的带电粒子(不计重力及空气阻力)，以水平速度v0从两极板的左端中间射入场区，恰好做匀速直线运动则 () A粒子一定带正电B若仅将板间距离变为原来的2倍，粒子运动轨迹偏向下极板C若将磁感应强度和电场强度均变为原来的2倍，粒子仍将做匀速直线运动D若撤去电场，粒子在板间运动的最长时间可能是eq f(m,qB)8如图所示，已知一带电小球在光滑绝缘的水平面上从静止开始经电压U加速后，水平进入互相垂直的

16、匀强电场E和匀强磁场B的复合场中(E和B已知)，小球在此空间的竖直面内做匀速圆周运动，则 () A小球可能带正电B.小球做匀速圆周运动的半径为req f(1,B) eq r(f(2UE,g)C小球做匀速圆周运动的周期为Teq f(2E,Bg)D若电压U增大，则小球做匀速圆周运动的周期增加9目前有一种磁强计，用于测定地磁场的磁感应强度磁强计的原理如图所示，电路有一段金属导体，它的横截面是宽为a、高为b的长方形，放在沿y轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x轴正方向、大小为I的电流已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子电荷量为e，金属导电过程中，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动两电极M、N

17、均与金属导体的前后两侧接触，用电压表测出金属导体前后两个侧面间的电势差为U.则磁感应强度的大小和电极M、N的正负为()Aeq f(nebU,I)，M正、N负 Beq f(neaU,I)，M正、N负Ceq f(nebU,I)，M负、N正 Deq f(neaU,I)，M负、N正10如图所示，空间分布着有理想边界的匀强电场和匀强磁场左侧匀强电场的场强大小为E、方向水平向右，电场宽度为L；中间区域匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外；右侧匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里一个质量为、电量为、不计重力的带正电的粒子从电场的左边缘的O点由静止开始运动，穿过中间磁场区域进入右侧磁场区域后，又回到O点，然后重复上述运动过程求：中间磁场区域的宽度；带电粒子从O点开始运动到第一次回到O点的所用时间t11如图所示，在xOy平