带电粒子在复合场中的运动 4页

带电粒子在复合场中的运动高二物理备课组一．知识准备：1．带电粒子在复合场中的运动情况（1）复合场是指电场，磁场和重力场并存或其中某两种场并存，或分区域存在。粒子在复合场中运动时，要考虑_________力，_____________力和_____________力的作用。（2）当带电粒子所受合外力为零时，将在复合场中静止或___________________运动。（3）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。（4）当带电粒子所受合力大小和方向均变化时，将做_____________运动。（5）洛伦兹力一定_____________，但重力，电场力可能做功而引起带电粒子能量的转化。2．带电粒子在复合场中运动的应用实例（1）速度选择器（2）磁流体发电机二．重难点探究：直线运动：垂直运动方向的力必定平衡匀速圆周运动：由洛伦兹力提供向心力,其它力的合力一定为零（重力场、电场、磁场共存）一般的曲线运动⑴组合场（电场与磁场没有同时出现在同一区域）◆回旋加速器（1）回旋加速器的原理带电粒子在磁场中作匀速圆周运动的周期为，为达到不断加速的目的，只要在AA/上加上周期也为T的交变电压就可以了。即T电=（2）带电粒子在回旋加速器内运动，决定其最终能量的因素\n由于D形金属盒的大小一定，所以不管粒子的大小及带电量如何，粒子最终从加速器内设出时应具有相同的旋转半径。由牛顿第二定律得qvnB=m……①动能Ekn=1/2mvn2……②由①②两式得Ekn=……③可见，粒子获得的能量与回旋加速器的直径有关，直径越大，粒子获得的能量就越大。⑵叠加场（电场、磁场、重力场中只少有两个同时出现在同一区域）◆速度选择器正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能匀速（或者说沿直线）通过速度选择器。否则将发生偏转。思考：（1）这个速度与离子带何种电荷、电荷多少有关吗？（2）若速度小于这一速度，电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大，粒子的轨迹既不是抛物线，也不是圆，而是一条复杂曲线；若大于这一速度，将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹是一条复杂曲线。abcov0【例题】1.某带电粒子从图中速度选择器左端由中点O以速度v0向右射去，从右端中心a下方的b点以速度v1射出；若增大磁感应强度B，该粒子将打到a点上方的c点，且有ac=ab，则该粒子带___电；第二次射出时的速度为_____。【训练题】2.如图所示，在平行金属板间有匀强电场和匀强磁场，方向如图，有一束正电荷沿中心线方向水平射入，却分成三束分别由a、b、c三点射出，问可以确定的是这三束带电粒子的什么物理量不相同?(重力不计)小结：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②速度选择器只选择速度而不选择粒子的种类，只要v=E/B，粒子就能沿直线匀速通过选择器，而与粒子的电性、电荷量、质量无关。（不计重力）\n◆磁流体发电机、电磁流量计①进入磁场的粒子带正、负电荷②当Eq=Bqv时两板间电势差达到最大推导：U=Bdv①流动的导电液体含有正、负离子②流量指单位时间内流过的体积：Q=Sv③当液体内的自由电荷所受电场力与洛仑兹力相等时，a、b间的电势差稳定。◆带电微粒在重力、电场力、磁场力共同作用下的运动【解题思路】带电微粒在三个场共同作用下做匀速圆周运动。必然是电场力和重力平衡，而洛伦兹力充当向心力。E题B【例题】3.一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。则该带电微粒必然带_____，旋转方向为_____。若已知圆半径为r，电场强度为E磁感应强度为B，则线速度为_____。【解题思路】与力学紧密结合的综合题，要认真分析受力情况和运动情况（包括速度和加速度）。必要时加以讨论。【例题】4.质量为m带电量为q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μ。匀强电场和匀强磁场的方向如图所示，电场强度为E，磁感应强度为B。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，求运动过程中小球的最大加速度和最大速度。\n【总结】带电粒子在电场、磁场、重力场中的运动，简称带电粒子在复合场中的运动，一般具有较复杂的运动图景。这类问题本质上是一个力学问题，应顺应力学问题的研究思路和运用力学的基本规律。◆分析带电粒子在电场、磁场中运动，主要是两条线索：⑴力和运动的关系。根据带电粒子所受的力，运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解。⑵功能关系。根据场力及其它外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的功能关系，从而可确定带电粒子的运动情况，这条线索不但适用于均匀场，也适用于非均匀场。因此要熟悉各种力做功的特点。◆带电体在复合场中受力情况复杂运动情况多变，往往出现临界问题，应以题中“最大”、“最高”、“至少”等词语为突破口，挖掘隐含条件，根据临界条件列出辅助方程，再与其它方程联立求解。一．针对性训练：1．空间存在水平方向的匀强电场和匀强磁场，强度分别为E=10N/C，B＝1T，如图所示.有一质量为m＝2.0×10-6kg，带正电q＝2.0×10-6C的微粒，在此空间做匀速直线运动，其速度的大小为________.方向为________.2．如图所示，两块垂直纸面的平行金属板A、B相距d=10.0cm，B板的中央M处有一个α粒子源，可向各个方向射出速率相同的α粒子，α粒子的荷质比q／m=4.82×107C／kg.为使所有α粒子都不能达到A板，可以在A、B板间加一个电压，所加电压最小值是U0=4.15×104V；若撤去A、B间的电压，仍使所有α粒子都不能到达A板，可以在A、B间加一个垂直纸面的匀强磁场，该匀强磁场的磁感应强度B必须符合什么条件?