带电粒子在复合场中的运动及应用实例

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带电粒子在复合场中运动的实际应用

带电粒子在复合场中运动的实际应用
应用
霍尔效应在电子学、半导体技术等领 域有广泛应用,如测量电流、磁场传 感器等。
质谱仪
质谱仪
利用磁场使带电粒子偏转,通过测量 粒子运动轨道和速度来确定粒子的质 量和电荷量。
应用
质谱仪在化学、生物学、医学等领域 有广泛应用,如测定分子结构、检测 痕量物质等。
回旋加速器
回旋加速器
利用磁场和电场使带电粒子不断加速, 从而实现高能物理实验和放射性治疗等 应用。
核聚变装置
核聚变装置是一种利用核聚变反应产 生能量的装置。在核聚变过程中,带 电粒子(如质子、中子等)在超高温 和超高压的环境下发生聚变,释放出 大量能量。
核聚变装置的研究对于解决能源问题 具有重要意义,因为核聚变能是一种 清洁、高效的能源,且其燃料来源丰 富,不会对环境造成严重污染。
空间探测器
VS
电子束曝光机具有高精度、高分辨率、 高可靠性等优点,广泛应用于微电子、 光电子、纳米科技等领域。
电子束镀膜机
电子束镀膜机利用电子束的高能量密度和精确控制特 性,在基材表面沉积金属或非金属薄膜,实现表面改 性和功能化。
电子束镀膜机具有镀膜质量高、附着力强、可控性好 等优点,广泛应用于光学、电子、机械、化学等领域 。
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05 带电粒子在交变场中的运 动
电子束焊接机
01

带电粒子在复合场中的运动典型例题解析

带电粒子在复合场中的运动典型例题解析

带电粒子在复合场中的运动·典型例题解析

【例1】一带电量为+q、质量为m的小球从倾角为θ的光滑的斜面上由静止开始下滑.斜面处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向如图16-83所示,求小球在斜面上滑行的速度范围和滑行的最大距离.

【例2】空气电离后形成正负离子数相等、电性相反、呈现中性状态的等离子体,现有如图16-84所示的装置:P和Q为一对平行金属板,两板距离为d,内有磁感应强度为B的匀强磁场.此装置叫磁流体发电机.设等离子体垂直进入磁场,速度为v,电量为q,气体通过的横截面积(即PQ两板正对空间的横截面积)为S,等效内阻为r,负载电阻为R,求(1)磁流体发电机的电动势ε;(2)磁流体发电机的总功率P.

【例3】如图16-85所示,在x轴上方有水平向左的匀强电场,电场强度为E,在x轴下方有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B.正离子从M 点垂直磁场方向,以速度v射入磁场区域,从N点以垂直于x轴的方向进入电场区域,然后到达y轴上P点,若OP=ON,则入射速度应多大?若正离子在

磁场中运动时间为t1,在电场中运动时间为t2,则t1∶t2多大?

【例4】如图16-86所示,套在很长的绝缘直棒上的小球,其质量为m、带电量是+q,小球可在棒上滑动,将此棒竖直放在互相垂直,且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中,电场强度是E,磁感强度是B,小球与棒的摩擦系数为μ,求小球由静止沿棒下落的最大加速度和最大速度.(设小球带电量不变)

跟踪反馈

1.如图16-87所示,一质量为m的带电液滴在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中(电场竖直向下,磁场在水平方向)的竖直平面内作半径为R的匀速圆周运动,则这个液滴

带电粒子在复合场中的运动及应用实例ppt课件

带电粒子在复合场中的运动及应用实例ppt课件

A.使a板电势高于b板,磁场方向垂直于纸面向里 B.使a板电势低于b板,磁场方向垂直于纸面向里 C.使a板电势高于b板,磁场方向垂直于纸面向外 D.使a板电势低于b板,磁场方向垂直于纸面向外
解析:要使电子沿直线OO′射出,则电子必做匀速直线运动, 电子受力平衡.在该场区,电子受到电场力和洛伦兹力,要 使电子所受二力平衡,则二力方向为竖直向上和竖直向下.A 选项电子所受电场力竖直向上,由左手定则判断洛伦兹力竖 直向下,满足受力平衡.同理,D选项也满足受力平衡.所以 A、D选项正确. 答案:AD
2U B2r2
q ,m=
知识点三 电场、磁场分区域组合的应用实例 1.质谱仪 (1)构造:如图所示,由粒子源、加速电场、磁场和照相底 片等构成.
(2)原理:粒子由静止被加速电场加速,根据动能定理可 1 2 qU= mv 2 得关系式 . ① 粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转,做匀速圆周运 mv2 qvB= r 动,根据牛顿第二定律得关系式 . ② 由①②两式可得出需要研究的物理量,如粒子轨道半 径、粒子质量、比荷. 2 2 qB r 1 2mU 2U B q r= ,m=
带电粒子在复 合场中的运动 及应用实例
知识点一 带电粒子在复合场中的运动 1.复合场与组合场 (1)复合场:电场、 、重力场共存,或其中某两场共存. 磁场 (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、磁场分时间段或分区域交替出现.

高中物理-带电粒子在复合场中运动的应用实例

高中物理-带电粒子在复合场中运动的应用实例

高中物理-带电粒子在复合场中运动的应用实例

一、速度选择器

如图所示,粒子经加速电场后得到一定的速度v 0,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飞

出,则有q v 0B =qE ,v 0=E B ,若v =v 0=E

B

,粒子做直线运动,与粒子电荷

量、电性、质量无关.

若v <E

B

,电场力大于洛伦兹力,粒子向电场力方向偏转,电场力做正

功,动能增加.

若v >E

B

,洛伦兹力大于电场力,粒子向洛伦兹力方向偏转,电场力做

负功,动能减少.

如图所示的装置,左半

部为速度选择器,右半部为匀强的偏转电场.一束同位素离子流从狭缝S 1射入速度选择器,能够沿直线通过速度选择器并从狭缝S 2射出的离子,又沿着与电场垂直的方向,立即进入场强大小为E 的偏转电场,最后打在照相底片D 上.已知同位素离子的电荷量为q (q >0),速度选择器内部存在着相互垂直的场强大小为E 0的匀强电场和磁感应强度大小为B 0的匀强磁场,照相底片D 与狭缝S 1、S 2的连线平行且距离为L ,忽略重力的影响.

(1)求从狭缝S 2射出的离子速度v 0的大小;

(2)若打在照相底片上的离子在偏转电场中沿速度v 0方向飞行的距离为x ,求出x 与离子质量m 之间的关系式(用E 0、B 0、E 、q 、m 、L 表示).

[解析] (1)能从速度选择器射出的离子满足 qE 0=q v 0B 0①

v 0=E 0

B 0

.②

(2)离子进入匀强偏转电场E 后做类平抛运动,则 x =v 0t ③

L =1

带电粒子在复合场中的运动及应用实例精编版

带电粒子在复合场中的运动及应用实例精编版

高三物理高考第一轮总复习

(二十四) 带电粒子在复合场中的运动及应用实例

1.不计重力的负粒子能够在如图所示的正交匀强电场和匀强磁

场中匀速直线穿过.设产生匀强电场的两极板间电压为U,距离为d,

匀强磁场的磁感应强度为B,粒子电荷量为q,进入速度为v,以下

说法正确的是( )

A.若同时增大U和B,其他条件不变,则粒子一定能够直线穿过

B.若同时减小d和增大v,其他条件不变,则粒子可能直线穿过

C.若粒子向下偏,能够飞出极板间,则粒子动能一定减小

D.若粒子向下偏,能够飞出极板间,则粒子的动能有可能不变

2.如图所示,一束正离子从S点沿水平方向射出,在没有偏转电场、磁场时恰好击中荧光屏上的坐标原点O;若同时加上电场和磁场后,正离子束最后打在荧光屏上坐标系的第Ⅲ象限中,则所加电场E和磁场B的方向可能是(不计离子重力及其之间相互作用力)( )

A.E向下,B向上B.E向下,B向下

C.E向上,B向下D.E向上,B向上

3.三个带正电的粒子a、b、c(不计重力)以相同动能水平射入

正交的电磁场中,轨迹如图所示.关于它们的质量m a、m b、m c的大

小关系和粒子a动能变化,下列说法正确的是( )

A.m a<m b<m c

B.m a>m b>m c

C.粒子a动能增加

D.粒子a动能减少

4.如图所示,空间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电场的

方向竖直向下,磁场方向水平(图中垂直纸面向里),一带电油滴P恰

好处于静止状态,则下列说法正确的是( )

A.若仅撤去电场,P可能做匀加速直线运动

B.若仅撤去磁场,P可能做匀加速直线运动

带电粒子在复合场中的运动例题

带电粒子在复合场中的运动例题

带电粒子在复合场中的运动例题

摘要:

I.带电粒子在复合场中的运动概述

A.复合场的概念

B.带电粒子在复合场中的运动类型

II.例题解析

A.例题一:带电粒子在电场和磁场中的运动

1.问题描述

2.受力分析

3.运动方程

4.结论

B.例题二:带电粒子在复合场中的匀速圆周运动

1.问题描述

2.受力分析

3.运动方程

4.结论

C.例题三:带电粒子在复合场中的匀速直线运动

1.问题描述

2.受力分析

3.运动方程

4.结论

III.结论

A.带电粒子在复合场中的运动规律

B.解决类似问题的方法

正文:

带电粒子在复合场中的运动例题

在物理学中,带电粒子在复合场中的运动是一个复杂的问题。复合场是由电场和磁场组成的,带电粒子在其中受到多种力的作用。为了更好地理解带电粒子在复合场中的运动规律,我们可以通过一些例题来加深理解。

例题一:带电粒子在电场和磁场中的运动

问题描述:设一带电粒子在电场E 和磁场B 中运动,粒子质量为m,电荷为q,运动速度为v。

受力分析:带电粒子在电场中受到电场力Fe = qE,在磁场中受到磁场力Fm = qvB。

运动方程:由于粒子在复合场中运动,所以需要分别考虑在电场和磁场中的运动方程。在电场中,粒子受到的电场力使其加速,运动方程为:Fe = qE = ma1;

在磁场中,粒子受到的磁场力使其偏转,运动方程为:

Fm = qvB = 0。

结论:由于粒子在磁场中受到的力为零,所以粒子的运动轨迹将呈直线。

例题二:带电粒子在复合场中的匀速圆周运动

问题描述:设一带电粒子在复合场中作匀速圆周运动,运动半径为R,运动速度为v。

受力分析:带电粒子在复合场中受到的力有电场力和磁场力。由于粒子作匀速圆周运动,所以电场力和磁场力必须平衡。

带电粒子在复合场中运动的应用实例

带电粒子在复合场中运动的应用实例

带电粒子在复合场中运动的应用实例

▲知识梳理

1.速度选择器

利用垂直的电场、磁场选出一定速度的带电粒子的装置。基本构造如图所示,两平行金属板间加电压产生匀强电场E ,匀强磁场B 与E 垂直.当带电荷量为q 的粒子以速度v 垂直进入匀强电场和磁场的区域时,粒子受电场力和洛伦兹力的作用,无论粒子带正电还是带负电,电场力和洛伦兹力的方向总相反

。若电场力与洛伦兹力大小相等,即,则.粒子受合力为零,匀速通过狭缝射出,若粒子速度,则洛伦兹力大于电场力;若

,则电场力大于洛伦兹力,粒子将向下或向上偏转而不能通过狭

缝。 所以通过速度选择器射出的粒子都是速度的粒子。

附:1.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。

这个速度的大小可以由洛伦兹力和电场力的平衡得出:qvB=Eq ,B

E v 。在本图中,速度方向必须向右。

(1)这个结论与离子带何种电荷、电荷多少都无关。 (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。

2.(即如图所示,粒子经加速电场后得到一定的速度v 0,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qv 0B =qE,v 0=E/B ; 若v= v 0=E/B ,粒子做匀速直线运动,与粒子电量、电性、质量无关;

专题(26)带电粒子在复合场中运动的实例分析(解析版)

专题(26)带电粒子在复合场中运动的实例分析(解析版)

2021年(新高考)物理一轮复习考点强化全突破

专题(26)带电粒子在复合场中运动的实例分析(解析版)

一、带电粒子在复合场中的运动

1.复合场的分类

(1)叠加场:电场、磁场、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,或相邻或在同一区域电场、磁场交替出现.2.带电粒子在复合场中的运动分类

(1)静止或匀速直线运动

当带电粒子在复合场中所受合外力为零时,将处于静止状态或做匀速直线运动.

(2)匀速圆周运动

当带电粒子所受的重力与电场力大小相等、方向相反时,带电粒子在洛伦兹力的作用下,在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动.

(3)较复杂的曲线运动

当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化,且与初速度方向不在同一条直线上时,粒子做非匀变速曲线运动,这时粒子运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线.

(4)分阶段运动

带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域,其运动情况随区域发生变化.

二、电场与磁场的组合应用实例

命题热点一质谱仪的原理和分析1.作用

测量带电粒子质量和分离同位素的仪器.2.原理(如图所示)

(1)加速电场:qU =12

mv 2; (2)偏转磁场:qvB =mv 2r

,l =2r ; 由以上两式可得r =1B

2mU q

, m =qr 2B 22U ,q m =2U B 2r 2

. 例1 如图所示,在x 轴的上方存在垂直纸面向里,磁感应强度大小为B 0的匀强磁场,位于x 轴下方的离

子源C 发射质量为m 、电荷量为q 的一束负离子,其初速度大小范围为0~3v 0.这束离子经电势差为U =mv 02

带电粒子在复合场中的运动模型

带电粒子在复合场中的运动模型

带电粒子在复合场中的常见运动模型

一、带电粒子在复合场(电场匀强、匀强磁场和重力场并存)的运动

1、直线运动

(1)粒子仅在电场力和磁场力作用下的匀速直线运动

条件:电场力和磁场力等大反向即qE=qvB

常见模型:速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应

例题1:(2009·辽宁、宁夏理综,16)医生做某些特殊手术时,利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度.电磁血流计由一对电极a和b以及一对磁极N和S构成,磁极间的磁场是均匀的.使用时,两电极a、b均与血管壁接触,两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直,如图8-4-17所示.由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动,电极a、b之间会有微小电势差.在达到平衡时,血管

内部的电场可看作是匀强电场,血液中的离子所受的电场力和磁场力

的合力为零.在某次监测中,两触点间的距离为3.0 mm,血管壁的厚

度可忽略,两触点间的电势差为160 μV,磁感应强度的大小为0.040

T.则血流速度的近似值和电极a、b的正负为()

A.1.3 m/s,a正、b负B.2.7 m/s,a正、b负

C.1.3 m/s,a负、b正D.2.7 m/s,a负、b正

(2)粒子同时受电场力、磁场力和重力,且没有其他约束力限制,如果粒子做直线运动,必是匀速之间运动,即三力平衡。又称“直线必匀速”

例题2:如图所示,实线表示在竖直平面内匀强电场的电场线,

电场线与水平方向成α角,水平方向的匀强磁场与电场正交,有

一带电液滴沿斜向上的虚线l做直线运动,l与水平方向成β角,

且α>β,则下列说法中错误的是()

8.3带电粒子在复合场中的运动

8.3带电粒子在复合场中的运动

(2)2qmBv0
3 3+2πm (3) 3qB
带电粒子在复合场中运动的一般思路
1.带电粒子在复合场中运动的分析方法和一般思路
(1)弄清复合场的组成.一般有磁场、电场的复合,磁场、重力场的 复合,磁 场、电场、重力场三者的复合.
(2)正确受力分析,除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静电力和磁 场力的分 析.
(3)确定带电粒子的运动状态,注意运动情况和受力情况的结合.
(4)对于粒子连续通过几个不同情况的场的问题,要分阶段进行处理.
(5)画出粒子运动轨迹,灵活选择不同的运动规律. ①当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时,根据受力平衡列方程 求解. ②当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时,应用牛顿定律结合圆 周运动规
所以当 Ff1=0(即 FN1=0)时,a 有最大值 am,且 am=gsin α
此时 qv1B=mgcos α
解得:v1=mgqcBos
α .
(2)设当环 A 的速度达到最大值 vm 时,环受杆的弹力为 FN2,摩擦力为
Ff2=μFN2.此时应有 a=0,
即 mgsin α=Ff2
在垂直杆方向上:FN2+mgcos α=qvmB
度E=10 N/C,方向水平向右,匀强磁场的磁感
应强度B=0.5 T,方向为垂直纸面向里,小球与棒间动摩擦因数为μ=
0.2,求小球由静止沿棒竖直下落的最大加速度和最大速度.(设小球在

带电粒子在复合场中的运动例题

带电粒子在复合场中的运动例题

带电粒子在复合场中的运动例题

引言

本文将围绕带电粒子在复合场中的运动进行详细的探讨和解析。我们将通过一个具体的运动例题,展示带电粒子在电磁场和重力场共同作用下的运动规律,帮助读者更好地理解这一过程。

问题描述

考虑一个带电质量为m的粒子,在匀强电场和重力作用下,其运动方程如下:

$$F=qE+m g$$

其中,F表示粒子所受的合外力,q表示粒子的电荷量,E表示电场强度,g表示重力加速度。在给定初速度v0的情况下,我们的目标是确定带电粒子在复合场中的运动轨迹。

解析

为了解决这个问题,我们将采取以下步骤:

步骤一:分析受力情况

带电粒子所受的合外力由电场力和重力构成,因此可以将合外力表示为:

$$F=qE+m g$$

步骤二:列出运动方程

根据牛顿第二定律,粒子的加速度与合外力成正比,因此可以得到运动方程为:

$$a=\f ra c{F}{m}=\f ra c{qE}{m}+g$$

将加速度与速度的关系带入上式,得到:

$$\f ra c{dv}{dt}=\f ra c{qE}{m}+g$$

步骤三:解微分方程

对上式进行积分,可以得到粒子的速度与时间的关系:

$$v=\f ra c{qE}{m}t+gt+v_0$$

其中,v0为初始速度。

步骤四:求解轨迹方程

将速度与时间的关系带入运动方程中,即可得到带电粒子在复合场中的运动轨迹:

$$x=\f ra c{1}{2}\l e ft(\fr ac{q E}{m}t^2+g t^2+v_0t\ri g ht)+x _0$$

其中,x0为初始位置。

结论

通过以上的推导和计算,我们得到了带电粒子在复合场中的运动轨迹方程。这个运动方程将帮助我们更好地理解带电粒子在电场和重力场中的相互作用情况,并能够准确地描述其运动过程。

2022年高考物理大一轮复习:带电粒子在复合场中运动的应用实例(含答案)

2022年高考物理大一轮复习:带电粒子在复合场中运动的应用实例(含答案)

带电粒子在复合场中运动的应用实例

1.质谱仪

(1)构造:如图所示,由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成.

(2)原理:粒子由静止在加速电场中被加速,根据动能定理可得关系式qU =12

m v 2.粒子在磁场中受洛伦兹力偏转,做匀速圆周运动,

根据牛顿第二定律得关系式qvB =m v 2

r

由以上两式可得出需要研究的物理量,如粒子轨道半

径、粒子质量、比荷.

r =1B 2mU q ,m =qr 2B 22U ,q m =2U B 2r 2

2.回旋加速器

1.构造:如图所示,D 1、D 2是半圆形金属盒,D 形盒处于匀强磁场中,D 形盒的缝隙处接交流电源.

2.原理:交流电周期和粒子做圆周运动的周期相

等,使粒子每经过一次D 形盒缝隙,粒子被加速一次.

3.粒子的最大速度:由q v B =mv 2R ,得v =BqR m ,

粒子获得的最大速度由磁感应强度B 和盒半径R 决定,与加速电压无关.

4.粒子在磁场中运动的总时间:粒子在磁场中运动一个周期,被电场加速两次,

每次增加动能qU ,加速次数n =E km qU ,粒子在磁场中运动的总

时间t =n 2T =E km 2qU ·2πm qB =πBR 2

2U .

3.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 互相垂直.这种装置能把具有一定速度

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

qE =qvB ,即v =E B .

4.磁流体发电机

(1)磁流体发电是一项新兴技术,它可以把内能直接转化为电能.

带电粒子在复合场中的运动及实际应用课件

带电粒子在复合场中的运动及实际应用课件
分位移为零,则有
1

vyt-2gt2=0
联立⑤⑥式,代入数据解得
t=2 3 s=3.5 s。

答案 (1)20 m/s,方向与水平面成60°斜向上 (2)3.5 s
-29-
方法技巧带电粒子在叠加场中运动的处理方法
-30-
思维训练
如图所示,区域Ⅰ内有与水平方向成45°角的匀强电场E1,区域
宽度为d1,区域Ⅱ内有正交的有界匀强磁场B和匀强电场E2,区域
甲、乙所示)。
在电场中利用动能定理或运动学公式求粒子刚进入磁场时的速
度。
1
qU=2 mv0 2

1
2qEd
qEd=2 mv0 2 或v0 2 = m

-10-
②先在电场中做类平抛运动,然后进入磁场做圆周运动(如图丙、
丁所示)。
在电场中利用平抛运动知识求粒子进入磁场时的速度。
1
1 qE
l=v0t,d=2at2=2 m t2
间t。
-26-
解析 (1)小球匀速直线运动时受力如图,其所受的三个力在同
一平面内,合力为零,有
qvB= 2 2 + 2 2 ①
代入数据解得
v=20 m/s②
速度 v 的方向与电场 E 的方向之间的夹角 θ 满足

tan θ=③
代入数据解得

带电粒子在复合场中运动及应用实例

带电粒子在复合场中运动及应用实例

高三物理高考第一轮总复习

(二十四) 带电粒子在复合场中的运动及应用实例

1.不计重力的负粒子能够在如图所示的正交匀强电场和匀强磁

场中匀速直线穿过.设产生匀强电场的两极板间电压为U,距离为

d,匀强磁场的磁感应强度为B,粒子电荷量为q,进入速度为v,

以下说法正确的是( )

A.若同时增大U和B,其他条件不变,则粒子一定能够直线穿过

B.若同时减小d和增大v,其他条件不变,则粒子可能直线穿过

C.若粒子向下偏,能够飞出极板间,则粒子动能一定减小

D.若粒子向下偏,能够飞出极板间,则粒子的动能有可能不变

2.如图所示,一束正离子从S点沿水平方向射出,在没有偏转电场、磁场时恰好击中荧光屏上的坐标原点O;若同时加上电场和磁场后,正离子束最后打在荧光屏上坐标系的第Ⅲ象限中,则所加电场E和磁场B的方向可能是(不计离子重力及其之间相互作用力)( )

A.E向下,B向上B.E向下,B向下

C.E向上,B向下D.E向上,B向上

3.三个带正电的粒子a、b、c(不计重力)以相同动能水平射入

正交的电磁场中,轨迹如图所示.关于它们的质量m a、m b、m c的大

小关系和粒子a动能变化,下列说法正确的是( )

A.m a<m b<m c

B.m a>m b>m c

C.粒子a动能增加

D.粒子a动能减少

4.如图所示,空间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电场

的方向竖直向下,磁场方向水平(图中垂直纸面向里),一带电油滴P

恰好处于静止状态,则下列说法正确的是( )

A.若仅撤去电场,P可能做匀加速直线运动

B.若仅撤去磁场,P可能做匀加速直线运动

专题 带电粒子在复合场中的运动

专题 带电粒子在复合场中的运动
10
@《创新设计》
图3
@《创新设计》
解析 (1)11H 在电场中做类平抛运动,在磁场中做匀速圆周运动,运动轨迹如图 所示。设11H 在电场中的加速度大小为 a1,初速度大小为 v1,它在电场中的运动 时间为 t1,第一次进入磁场的位置到原点 O 的距离为 s1。由运动学公式有
s1=v1t1① h=12a1t1 2②
13
@《创新设计》
由牛顿第二定律有qE=2ma2⑪ 设21H 第一次射入磁场时的速度大小为 v2′,速度的方向与 x 轴正方向夹角为 θ2, 入射点到原点的距离为 s2,在电场中运动的时间为 t2。由运动学公式有 s2=v2t2⑫ h=12a2t2 2⑬ v2′= v22+(a2t2)2⑭ sin θ2=av22t′2⑮ 联立以上各式得 s2=s1,θ2=θ1,v2′= 22v1′⑯
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图3.6-4 (1)求粒子进入磁场时的速率; (2)求粒子在磁场中运动的轨道半径。 解析 (1)粒子飘入电势差为U的加速电场, 有 qU=12mv2,
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@《创新设计》
得粒子进入磁场时的速率 v= 2mqU。
(2)粒子进入磁场做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,有 qvB=mvR2,R=B1 2mqU。
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@《创新设计》
设磁感应强度大小为 B,11H 在磁场中运动的圆轨道半径为 R1,由洛伦兹力公式 和牛顿第二定律有 qv1′B=mRv11′2⑦ 由几何关系得s1=2R1sin θ1⑧
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第3讲 带电粒子在复合场中的运动及应用实例

考点梳理

一、复合场

复合场是指电场、磁场和重力场并存,或其中某两场并存.从场的复合形式上一般可分为如下两种情况:

1.组合场

2.叠加场

三、电场、磁场分区域应用实例

1.速度选择器(如图)

(1)平行板间电场强度E 和磁感应强度B 互相垂直.这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来,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qE =qvB ,即v =E /B .

2.磁流体发电机

(1)磁流体发电是一项新兴技术,它可以把内能直接转化为电能.

(2)根据左手定则,如图中的B 板是发电机正极.

(3)磁流体发电机两极板间的距离为d ,等离子体速度

为v ,磁场磁感应强度为B ,则两极板间能达到的最大电势

差U =Bdv .

3.电磁流量计

(1)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流过导管;

(2)原理:导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下横向偏转,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 =U d q ,可得v =U Bd ,液体流量Q =S v =πd 24·U Bd =πdU 4B

.

4.质谱仪

(1)构造:如图所示,由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底

片等构成.

(2)原理:粒子由静止被加速电场加速,根据动能定理可得关系

式12

mv 2=qU ① 粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转,做匀速圆周运动,根据

牛顿第二定律得关系式qvB =m v 2r

② 由①②两式可得出需要研究的物理量,如粒子轨道半径、粒子

质量、比荷.

r =1B 2mU q ,m =qr 2B 22U ,q m =2U B 2r 2.

2.回旋加速器

(1)构造:如图所示,D 1、D 2是半圆金属盒,D 形盒的缝隙处接

交流电源.D 形盒处于匀强磁场中. (2)原理

①在电场中加速:qU =12

m(v 2n -v 2n -1)=ΔE k . ②在磁场中旋转:qvB =m v 2R ,得R =mv qB

. ③回旋加速条件:高频电源的周期T 电场与带电粒子在D 形盒中运动的周期T 回旋相同,即T 电场=T 回旋=2πm qB

. ④最大动能的计算:由R =mv qB =2mEk qB 知,被加速粒子的最大动能为E k =q 2B 2R 22m

,由此可知,在带电粒子质量、电荷量被确定的情况下,粒子所获得的最大动能只与回旋加速器的半径R 和磁感应强度B 有关,与加速电压无关.

能力提升

1.(2012·海南单科)如图,在两水平极板间存在匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向下,磁场方向垂直于纸面向里.一带电粒子以某一速度沿水平直线通过两极板.若不计重力.下列四个物理量中哪一个改变时,粒子运动轨迹不会改变( )

A .粒子速度的大小

B .粒子所带的电荷量

C .电场强度

D .磁感应强度

2.1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其原理如图所示.这

台加速器由两个铜质D 形盒D 1、D 2构成,其间留有空隙.下列说法正确的

是( )

A .离子由加速器的中心附近进入加速器

B .离子由加速器的边缘进入加速器

C .离子从磁场中获得能量

D .离子从电场中获得能量

3.质量为m 的带电小球在正交的匀强电场、匀强磁场中做匀速圆周运动,轨道平面

在竖直平面内,电场方向竖直向下,磁场方向垂直圆周所在平面向里,如图所示,由此

可知( )

A .小球带正电,沿顺时针方向运动

B .小球带负电,沿顺时针方向运动

C .小球带正电,沿逆时针方向运动

D .小球带负电,沿逆时针方向运动

4、.有一带电荷量为+q 、重为G 的小球,从竖直的带电平行板上方h 处自由

落下,两极板间匀强磁场的磁感应强度为B ,方向如图所示,则带电小球通过有电

场和磁场的空间时( )

A .一定做曲线运动

B .不可能做曲线运动

C .有可能做匀速运动

D .有可能做匀加速直线运动

5(2013·南京模拟)如图所示,从S 处发出的热电子经加速电压U 加速后

垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中,发现电子流向上极板偏转.设

两极板间电场强度为E ,磁感应强度为B ,欲使电子沿直线从电场和磁场区

域通过,只采取下列措施,其中可行的是( )

A .适当减小电场强度E

B .适当减小磁感应强度B

C .适当增大加速电场极板之间的距离

D .适当减小加速电压U

6、(2009·广东单科·11)如图9所示,表面粗糙的斜面固定于地面上,并处于方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场中.质量为m、带电荷量为+Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑.在滑块下滑的过程中,下列判断正确的是()

A.滑块受到的摩擦力不变

B.滑块到达地面时的动能与B的大小无关

C.滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下

D.B很大时,滑块可能静止于斜面上

7、(2011·淄博调研)如下图所示,两虚线之间的空间内存在着正交或平行的匀强电场E和匀强磁场B,有一个带正电的小球(电荷量为+q、质量为m)从电磁复合场上方的某一高度处自由落下,那么,带电小球可能沿直线通过的电磁复合场的是()

8、如图8-4-9所示,一个质量m=0.1 g,电荷量q=4×10-4C带正电的小环,

套在很长的绝缘直棒上,可以沿棒上下滑动。将棒置于正交的匀强电场和匀强磁

场内,E=10 N/C,B=0.5 T。小环与棒之间的动摩擦因数μ=0.2。求小环从静

止沿棒竖直下落的最大加速度和最大速度。取g=10 m/s2,小环电荷量不变。

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