带电粒子在复合场中运动.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,带电粒子在复合场中运动,1,、复合场：同时存在电场和磁场的区域，同时存在磁场和重力场的区域，同时存在电场、磁场和重力场的区域，都叫做复合场。,一、带电粒子在复合场中的受力特点,大小,方向,做功特点,注意点,重力,始终为,mg,始终竖直向下,与路径无关，与竖直高度差有关，,W,G,=,mgh,（,1,）基本粒子可不 计重力,（,2,）带电粒子在电 场中一定受电场力，而只有运动的电荷才 有可能受洛伦兹力作用,电场力,F=,qE,与场强方向非同即反,与路径无关，与始终位置的电势差有关，,W,电,=,qU,AB,洛伦兹力,F,洛,=,qvBSin,垂直于速度和磁感应强度的平面,无论带电粒子做什么运动，洛伦兹力都不做功,2,、三种场力的特点,二、带电粒子在复合场中的运动分析,1,、当带电微粒在复合场中所受的合外力为零时，微粒将做,匀速直线运动,2,、当带电微粒所受的合外力与运动方向在一条直线上时，微粒将做,匀变速直线运动,3,、当带电微粒所受合力充当向心力时，微粒将做,匀速圆周运动,4,、当带电微粒所受的合力的大小、方向均是不断变化的。则粒子将做,非匀变速的曲线运动,。这类问题一般只能用能量关系处理,解决问题的基本观点：,（,1,）动力学观点：牛顿三大定律和运动学规律,（,2,）能量观点：动能定理和能量守恒定律,三、概念辩析,(,一,),、电场力和洛伦兹力的比较,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=,Bqvsina,，,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,.,(,二,),、对于重力的考虑,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.,是直接看不出是否要考虑重力，但在进行受力分析与运动分析时，要由分析结果，先进行定性确定再是否要考虑重力,.,1.,带电粒子速度选择器,(,质谱仪,),四、复合场中的特殊物理模型,(1),速度选择部分：,路径不发生偏转的离子的条件是,能通过速度选择器的带电粒子必是速度为该值,(,含方向,),的粒子，与它带多少电和电性、质量均无关,.,(2),质谱仪部分：,经过速度选择器后的相同速率的不同离子在右侧的偏转磁场中做匀速圆周运动，不同荷质比的离子轨道半径不同,.P,位置为照相底片记录粒子的位置,U,q,S,S,1,x,P,B,例,1,：质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图，离子源,S,产生的各种不同正离子束,(,速度可看作为零,),，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片,P,上，设离子在,P,上的位置到入口处,S,1,的距离为,x,，可以判断,(),A,、若离子束是同位素，则,x,越大，离子质量越大,B,、若离子束是同位素，则,x,越大，离子质量越小,C,、只要,x,相同，则离子质量一定相同,D,、只要,x,相同，则离子的荷质比一定相同,AD,2.,磁流体发电机,(,霍尔效应,),原理是：,等离子气体,喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到两极板上，在两极板上产生电势差,.,3.,电磁流量计,.,导电液体中的自由电荷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,.,原理：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,.,训练,1,：如图,11-7-2,所示，匀强电场的方向竖直向上，匀强磁场的方向垂直纸面向内，三个液滴,a,、,b,、,c,带有等量同种电荷，已知,a,在竖直面内做匀速圆周运动，,b,在水平向左做匀速直线运动，,c,水平向右做匀速直线运动，则它们的质量关系如何？,m,c,m,a,m,b,.,训练,2,：,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,_,。,E B,负电,逆时针,E,B,训练,3,：如图所示，匀强电场方向竖直向上，匀强磁场方向水平指向纸外，有一电荷,(,不计重力），恰能沿直线从左向右飞越此区域，则若电子以相同的速率从右向左水平飞入该区域，则电子将,(),A.,沿直线飞越此区域,B.,电子将向上偏转,C.,电子将向下偏转,D.,电子将向纸外偏转,C,例,2,：如图所示，一个带正电的摆球，在水平匀强磁场中振动，振动平面与磁场垂直，当摆球分别从左侧或右侧运动到最低位置时，具有相同的物理量是：,(),A.,球受到的磁场力,B.,悬线对球的拉力,C.,球的速度,D.,球的动能,D,训练,4,：设空间存在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作用下由静止开始运动，自,A,点沿曲线,ACB,运动，到达,B,点的速度为零。,C,点是轨迹的最低点，忽略重力，以下说法不正确的是,（）,A,、此离子必带正电,B,、,A,、,B,位于同一高度,C,、离子在,C,点时速度最大,D,、离子到达,B,点后将沿原曲线返回,A,点,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,D,A,C,B,例,4,：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,),解：从,b,点飞出的带电粒子一定是匀速直线运动，其所受电场力与洛伦兹力是一对平衡力，即：,Bqv,=,Eq,所以有,v=E/B,;,同理，带电粒子从,a,、,c,两点射出时的运动形式,是非匀变速曲线运动。,从,a,处飞出的有：,v,E/B;,从,c,处飞出的有：,v,E/B.,【,解题回顾,】,受力分析和运动分析是关键,.,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,a,b,c,d,训练,5,：平行板电容器的极板沿水平方向放置，电子束从电容器左边正中间,A,处沿水平方向射入，电子的初速度是,v,0,，在电场力的作用下刚好从,c,点射出，射出时的速度都是,v,，现若保持电场不变，再加一个匀强磁场，场强的方向跟电场和电子入射方向都垂直（垂直于纸面向里），使电子刚好由图中,d,点射出，,c,、,d,两点的位置相对于中线,ab,是对称的，则从,d,点射出的每个电子的动能为多少？,解：,ac,a d,例,5,：如图所示，一质量为,m,、,带电量为,+q,的带电圆环由静止开始，沿动摩擦系数为,的杆下滑，则圆环的运动情况是,(),A.,小球的加速度不断减小，直至为,0,B.,小球的加速度先增大后减小，最终为,0,C.,小球的速度先增大后减小，最终为,0,D.,小球的动能不断增大，直到某一最大值,BD,训练,6,：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素为,，求小球由静止沿棒下落的最大加速度和最大速度。（设小球的带电量不变,）,B,E,N,mg,f,F,F,洛,解：小球受力如图：,小结：,1,、本题中小球受,5,个力作用，其中洛伦兹力受 运动 速度的影响而发生变化，进而引起了,N,、,f,的变 化，要特别注意。,2,、若本题中小球带负电，情况又如何？,若仅将电场方向反向，情况又如何？,可见随,v,的增大，,F,合减小，则小球做加速度越来越小直到最后匀速的变加速运动。故：,训练,7,：如图所示，一个质量为,m,，,电量为,+q,的带电粒子从,A,孔以初速度,v,垂直于,AO,进入磁感应强度为,B,的匀强磁场中，并恰好从,C,孔垂直于,OC,射入匀强电场中，电场方向跟,OC,平行,(OC,与,AD,相互垂直,),，最后打在,D,点，且,OD=2OC,，,若已知,m,、,q,、,v,0,、,B,，,且不计重力，试求,(1),粒子从,A,到,D,所用的时间；,(2),粒子到达,D,点的动能,?,【,解析,】(1),粒子的运动轨迹可由运动分析得出并画出其轨迹图，且,由,A,到,C,为匀速圆周运动,，,C,到,D,为类平抛运动,，,(2),从,A,到,C,粒子动能不变，只有从,C,到,D,的过程中只有电场力做功,1正确的受力分析是前提,:,除重力、弹力外,要特别注 意对电场力和磁场力的分析。,2,、正确分析物体的运动状态是解决问题的关键,:,找出 物体的速度、位置及其变化的特点,分析运动过程,如果出现临界状态,要分析临界状态。,3,、恰当地灵活地运用动力学的三个基本方法解决问题 是目的,:,牛顿运动定律是物体受力与运动状态的瞬 时对应关系,而运动学公式只适用于匀变速直线运 动,;,用动量的观点分析,包括动量定理与动量守恒定 律,;,用能量的观点分析,包括动能定理与能量守恒定 律,;,针对不同问题灵活地选用三大方法,注意弄清各 种规律的成立条件和适用范围。,小结：解决与力学知识相联系的带电体综合问题的基本思路,:,