带电粒子在复合场中的运动.ppt

1、带电粒子在复合场中的运动,复习目标：,1、掌握带电粒子（带电体）在复合场中的受力情况，能准确地分析带电粒子（带电体）的运动状态及其变化过程。,3、理解速度选择器，质谱仪、回旋加速器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应的构造和工作原理，能熟练解答相关问题。,2、能熟练运用动力学观点，能量观点来分析和解决带电粒子（或带电体）在复合场中运动的有关问题。,1、组合场 2、复合场 3、三种场力比较 4、重力忽略情况 5、分析方法 6、模型分析,基本知识回顾：,1、速度选择器,特点：,（1）任何一个存在正交电场和磁场的空间都可看作速度选择器。,（3）对某一确定的速度选择器，在如图所示速度选择器，入口在左端

2、，出口在右端，若带电粒子从右端射入时，由于洛仑兹力和电场力同向，粒子必发生偏转。,2、质谱仪,构造如图所示：,质谱仪由速度选择器和MN板右侧的偏转分离磁场两部分组成。图示质谱仪在先对离子束进行速度选择后，,相同速率的不同离子在右侧的偏转磁场中B做匀速圆周运动，不同荷质比的离子轨道半径不同，将落在MN板的不同位置，由此可以用来测定带电粒子的质量和分析同位素。,q,3、回旋加速器,回旋加速器是利用带电粒子在电场中的加速和带电粒子 在磁场中做圆周运动特点，使带电粒,子在磁场中改变运动方向，然后 ，匀速进入电场中加速，使带电粒子在回旋过程中逐渐加速。,（1）带电粒子在回旋加速器D形盒之间被加速，在磁场

3、中做相应轨道半径的圆周运动。,（2）加速条件：交变电压的周期和粒子做圆周运动的周期相等。,4、磁流体发电机,如图是磁流体发电机，其原理是：等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛仑兹力作用下发生偏转而聚集到A、B板上，产,生电势差，设A、B平行金属板的面积为S，相距L，等离子体的电阻率为，喷入气体速度为V，板间磁场的磁感强度为B，板外电阻为R，当等离子气体匀速通过A、B板间时，A、B板上聚焦的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动势，此时离子受力平衡：,E 场q=BqV，E场=BV,电动势E= E场L=BLV,例1如图所示，套在很长的绝缘直棒上的小球，其质量为m，带电量为q，小球可在棒上滑动，将此棒

4、竖直放在互相垂直，且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中，电场强度为E，磁感应强度为B，小球与棒的动摩擦因数为，求小球由静止沿棒下落的最大加速度和最大速度？（设小球电量不变）,E,由牛顿第二定律得,竖直方向：mg-f=ma,水平方向：N=EqBqV,f=N,总结：,带电物体在复合场中做变速直线运动时，带电物体所受的洛仑兹力的大小不断变化，而洛仑兹力的变化往往引起其他力的变化，从而导致加速度不断变化。,（2）只将电场（或磁场）反向，而强弱不变，小球的最大加速度和最终速度又将怎样？,例2如图所示，质量为0.04g的带有正电荷q为10-4C的小球用长度为0.2m的丝线悬挂在匀强磁场中，磁感应强度B为0.

5、5T，方向指向纸内，小球在磁场内做摆动，当它到达最高点A时，丝线偏离竖直方向30角，试问：,（1）小球在A点时受到哪几个力的作用？,解析：小球在A点时受到两个力作用，即重力mg和丝线拉力T。,（2）小球向右经过最低点C时，丝线受力的大小和方向如何？,解：小球从A点运动到C点时，受到的力有重力mg、丝线拉力T、洛仑兹力f，其合力为向心力，即,代入数据得:T=4.710-4(N),（3）小球向左经过最低点C时，丝线受力的大小和方向如何？,解:小球从D点运动到C点时速度与从A点运动到C点时大小相同，此时，小球受到的力有重力mg、绳子拉力T，洛仑兹力f，其合力为向心力，则,代入数据得T=5.410-4

6、（N）,练习1：一 如图所示虚线所围的区域内，存在电场强度为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场，已知从左方水平射入的电子，穿过这区域时未发生偏转，设重力忽略不计，则在这个区域中的E和B的方向可能是（ ）,A、E和B都沿水平方向，并与电子运动方向相同,B、E和B都沿水平方向，并与电子运动方向相反,e,E,B,C、E竖直向上B垂直纸面向外,D、E竖直向上B垂直纸面向里,ABC,练习2：设空间存在着竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，已知一离子在电场力和洛仑兹力的作用下，从静止开始自a点沿曲线acb运动，到达b时速度恰为零，c点是运动轨迹的最低点，不计重力，以下说法错误的是（

7、）,D,练习3：场强为E的匀强电场和磁感强度为B的匀强磁场正交，如图所示，一质量为m的带电粒子，在垂直于磁场方向的平面内做半径为R的匀速圆周运动，设重力加速度为g，则下列说法正确的是（ ）,粒子做匀速圆周运动，受力分析如图所示：所以粒子必需带负电。,除重力做功之外，还有电场力做功，因此粒子的机械能不守恒。,练习3：场强为E的匀强电场和磁感强度为B的匀强磁场正交，如图所示，一质量为m的带电粒子，在垂直于磁场方向的平面内做半径为R的匀速圆周运动，设重力加速度为g，则下列说法正确的是（ ）,ABC,练习4：有一束正粒子，先后通过区域和，区域中有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，如图所示，如果这束正离子（不计重力）通过区域时，不发生偏转，则说明它们的是相同的，若进入区域后，这束正离子的轨迹也是相同，则说明它们的相同。,速度,荷质比,练习5：如图所示，在x轴上方有匀强磁场，磁感强度为B，下方有场强为E的匀强电场，有一质量为m，带电量q为的粒子，从坐标0沿着y轴正方向射出。射出之后，第3次到达x轴时，它与点0的距离为L。求此粒子射出时的速度和运动的总路程S（重力不计）,解析：粒子在磁场中的运动为匀速圆周运动，在电场中的运动为匀变速直线运动。画出粒子运动的过程如图所示：,由图可知粒子在磁场中运动半个周期后第一次通过x轴进入电场，做匀减速,运动至速度为零，再反向做匀