2014高考物理一轮复习总教案104 带电粒子在复合场中的运动 4页

第4课 ‎ 专题:带电粒子在复合场中的运动 基础知识 一、复合场的分类：‎ ‎1、复合场：即电场与磁场有明显的界线,带电粒子分别在两个区域内做两种不同的运动,即分段运动,该类问题运动过程较为复杂,但对于每一段运动又较为清晰易辨,往往这类问题的关键在于分段运动的连接点时的速度,具有承上启下的作用．‎ ‎2、叠加场：即在同一区域内同时有电场和磁场，些类问题看似简单，受力不复杂，但仔细分析其运动往往比较难以把握。‎ 二、带电粒子在复合场电运动的基本分析 ‎1.当带电粒子在复合场中所受的合外力为0时，粒子将做匀速直线运动或静止．‎ ‎2.当带电粒子所受的合外力与运动方向在同一条直线上时，粒子将做变速直线运动．[来源:1ZXXK]‎ ‎3.当带电粒子所受的合外力充当向心力时，粒子将做匀速圆周运动．‎ ‎4.当带电粒子所受的合外力的大小、方向均是不断变化的时，粒子将做变加速运动，这类问题一般只能用能量关系处理．‎ 三、电场力和洛伦兹力的比较见下表:‎ 电场力 洛仑兹力 力存在条件 作用于电场中所有电荷 仅对运动着的且速度不跟磁场平行的电荷有洛仑兹力作用 力力大小 F=qE与电荷运动速度无关[来源:1][来源:学_科_网Z_X_X_K]‎ F=Bqv与电荷的运动速度有关 力方向 力的方向与电场方向相同或相反，但总在同一直线上 力的方向始终和磁场方向垂直 力的效果 可改变电荷运动速度大小和方向 ‎ 只改变电荷速度的方向,不改变速度的大小 做功 可以对电荷做功,改变电荷的动能 不对电荷做功、不改变电荷的动能 运动轨迹偏转 在匀强电场中偏转，轨迹为抛物线 在匀强磁场中偏转、轨迹为圆弧 ‎1.在电场中的电荷，不管其运动与否，均受到电场力的作用；而磁场仅仅对运动着的、且速度与磁场方向不平行的电荷有洛伦兹力的作用．‎ ‎2.电场力的大小F＝Eq，与电荷的运动的速度无关；而洛伦兹力的大小f=Bqvsinα,与电荷运动的速度大小和方向均有关．‎ ‎3.电场力的方向与电场的方向或相同、或相反；而洛伦兹力的方向始终既和磁场垂直，又和速度方向垂直．‎ ‎4.电场力既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向，而洛伦兹力只能改变电荷运动的速度方向.不能改变速度大小 ‎5.电场力可以对电荷做功，能改变电荷的动能；洛伦兹力不能对电荷做功，不能改变电荷的动能．‎ ‎6.匀强电场中在电场力的作用下,运动电荷的偏转轨迹为抛物线;匀强磁场中在洛伦兹力的作用下,垂直于磁场方向运动的电荷的偏转轨迹为圆弧．‎ 四、对于重力的考虑 重力考虑与否分三种情况．‎ ‎（1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等一般不做特殊交待就可以不计其重力，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、金属块等不做特殊交待时就应当考虑其重力．‎ ‎（2)在题目中有明确交待的是否要考虑重力的，这种情况比较正规，也比较简单．‎ ‎（3)对未知名的带电粒子其重力是否忽略又没有明确时，可采用假设法判断，假设重力计或者不计，结合题给条件得出的结论若与题意相符则假设正确，否则假设错误．[来源:学|科|网]‎ 五、复合场中的特殊物理模型 ‎1．粒子速度选择器 ‎ 如图所示，粒子经加速电场后得到一定的速度v0，进入正交的电场和磁场，受到的电场力与洛伦兹力方向相反，若使粒子沿直线从右边孔中出去，则有qv0B＝qE,v0=E/B，若v= v0=E/B，粒子做直线运动，与粒子电量、电性、质量无关 ‎ 若v＜E/B，电场力大，粒子向电场力方向偏，电场力做正功，动能增加．‎ ‎ 若v＞E/B，洛伦兹力大，粒子向磁场力方向偏，电场力做负功，动能减少．‎ ‎2.磁流体发电机 如图所示，由燃烧室O燃烧电离成的正、负离子（等离子体）以高速。喷入偏转磁场B中．在洛伦兹力作用下，正、负离子分别向上、下极板偏转、积累，从而在板间形成一个向下的电场．两板间形成一定的电势差．当qvB=qU/d时电势差稳定U＝dvB，这就相当于一个可以对外供电的电源．‎ ‎3.电磁流量计．‎ 电磁流量计原理可解释为：如图所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动．导电液体中的自由电荷（正负离子）在洛伦兹力作用下纵向偏转，a,b间出现电势差．当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定．‎ ‎ 由Bqv=Eq=Uq/d，可得v=U/Bd.流量Q=Sv=πUd/4B ‎4.质谱仪 如图所示 组成：离子源O，加速场U，速度选择器（E,B），偏转场B2，胶片．‎ 原理：加速场中qU=½mv2‎ 选择器中:‎ 偏转场中:d＝2r，qvB2＝mv2/r 比荷:‎ 质量 作用：主要用于测量粒子的质量、比荷、研究同位素．‎ ‎5.回旋加速器 如图所示 组成：两个D形盒，大型电磁铁，高频振荡交变电压，两缝间可形成电压U 作用：电场用来对粒子(质子、氛核,a粒子等)加速，磁场用来使粒子回旋从而能反复加速．高能粒子是研究微观物理的重要手段．‎ 要求：粒子在磁场中做圆周运动的周期等于交变电源的变化周期．‎ 关于回旋加速器的几个问题：‎ ‎(1) D形盒作用：静电屏蔽，使带电粒子在圆周运动过程中只处在磁场中而不受电场的干扰，以保证粒子做匀速圆周运动。‎ ‎(2)所加交变电压的频率f = 带电粒子做匀速圆周运动的频率:‎ ‎(3)最后使粒子得到的能量， ，‎ 在粒子电量、质量m和磁感应强度B一定的情况下，回旋加速器的半径R越大，粒子的能量就越大．‎ ‎【注意】直线加速器的主要特征．如图所示，直线加速器是使粒子在一条直线装置上被加速．‎ 规律方法 1、带电粒子在复合场中的运动2、带电粒子在叠加场中的运动3、磁偏转技术的应用 三种场的性质特点：‎ 电场 磁场 重力场 力的大小 ① F=qE ②与电荷的运动状态无关，在匀强电场中,电场力为恒力。‎ 与电荷的运动状态有关，‎ ①电荷静止或v∥B时，不受f洛，‎ ② v⊥B时洛仑兹力最大 ①G=mg ②与电荷的运动状态无关 f洛= q B v 力的方向 正电荷受力方向与E方向相同，(负电荷受力方向与E相反)。‎ f洛方向⊥(B和v)所决定的平面，(可用左手定则判定)‎ 总是竖直向下 力做功特点 做功多少与路径无关，只取决于始末两点的电势差，‎ W=q UAB=ΔE f洛对电荷永不做功，只改变电荷的速度方向，不改变速度的大小 做功多少与路径无关，只取决于始末位置的高度差，‎ W=mgh=ΔEp 带电质点在复合场中运动，受力特点复杂，运动多形式、多阶段、多变化。‎ 解题的关键：受力分析、运动分析、动态分析、临界点的挖掘及找出不同运动形式对应不同的物理规律。‎