考点带电粒子在复合场中的运动.pptx

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,*,考点40.带电粒子在复合场中运动,1)复合场指是重力场、电场和磁场中两个或三个场同时存在场。,2）带电粒子在复合场中运动要考虑重力、电场力和磁场力，要注意磁场力（即洛仑兹力）特点。,3）处理,带电粒子在复合场中运动问,题，与处理力学中物体运动问题基本相同。,4）对于,带电粒子在复合场中运动问,题，所用规律和方法与力学问题基本相同。,1/26,例1.一个带电微粒在图示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,带电微粒必定带_，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,解析：因为必须有电场力与重力平衡，所以必为负电；由左手定则得逆时针转动；再由,2/26,练习：,1空间某一区域中只存在着匀强磁场和匀强电场，在这个区域内有一个带电粒子，关于电场和磁场情况，以下叙述正确是（）,A假如电场与磁场方向在同一直线上，则带电粒子动量方向一定改变,B假如电场与磁场方向在同一直线上，则带电粒子动能一定改变,C假如带电粒子动量方向保持不变，则电场与磁场方向一定相互垂直,D假如带电粒子动能保持不变，则电场与磁场方向一定相互垂直,B D,3/26,2,如图所表示，质量为 、带电量为 粒子，从两平行电极板正中央垂直电场线和磁感线以速度 飞入已知两板间距离为 ，磁感应强度为,B,，这时粒子恰能直线穿过电场和磁场区域（重力不计）今将磁感应强度增大到某值，则粒子将落到极板上当,粒子落到极板上时动能为多少？,2解析：粒子恰能直线穿过电场和磁场区域时，设电场强度为 ，则：将,B,增大到某值使粒子落到极板上，此时粒子含有动能为 ，由动能定理有：,4/26,3如图所表示是水平向右匀强电场（场强为,E,）和垂直纸面向里水平匀强磁场（磁感应强度为,B,）并存区域其中有一个足够长水平光滑绝缘面，面上,O,点放一个质量为,m,、带正电、电量为,q,小物块释放后，物块自静止开始运动求物块在水平,面上滑行最大位移和物块在水平面,上滑动过程中电场力对物块做功,3解析：物块在水平方向上，在电场力作用下由静止开始做匀加速运动，随速度增大，水平面支持力减小，当支持力减到0时（重力与磁场力相等），物块将要离开水平面,5/26,4如图所表示，一电子沿,M,孔水平射入垂直纸面匀强磁场区域，经,P,孔进入水平匀强电场区域，最终抵达,N,孔，已知 ，电子电量为 ，质量为 ，入射速度为V,0,求：,（1）试判断磁场与电场方向，,并写出电场强度大小；,（2）粗略画出电子运动轨迹，,说明它们是什么图线；,（3）确定电子抵达,N,孔时速度,M,N,P,V,0,O,6/26,4解析：（1）电子在区做匀速圆周运动抵达,P,点，则磁场方向是垂直纸面向外；电子在区做类平抛运动到,N,点则电场方向是水平向右依题条件：在磁场区：,在电场区：，,（2）电子运动轨迹如图7（乙）在区内为圆弧，在区内是抛物线,（3）由动能定理，设电子抵达,N,孔,速度为 ，则：,7/26,5,如图，在地面附近，坐标系,Xoy,在竖直平面内，空间有沿水平方向垂直于纸面向里匀强磁场，磁感应强度大小为,B,，在,x,0空间内还有沿,x,轴负方向匀强电场，场强大小为,E,，一个带正电油滴经图中,x,轴上,M,点，沿着与水平方向成角,a,30斜向下直线运动，进入,x,0 区域要使油滴进入,x,0区域后能在竖直平面内做匀速圆周运动，需在,x,0区域内加一个匀强电场若带电油滴做圆周运动经过,x,轴上,N,点，且,M O,O N,求：（1）试说明油滴在,x,0,空间中做匀速直线运动理由，,并求其速率大小；（2）在,x,0,空间内所加电场场强大小和方向,（3）油滴从,x,轴上,M,点开始抵达,X,轴上,N,点所用时间,8/26,5,解析：（1）（2）（3）,提醒：如图所表示，带电油滴在,x,0区域内受重力,mg,、电场力,qE,和磁场力,f,，三力平衡有 ，得油滴速率 油滴进入,x,0区域后受电场力,和重力,mg,以及磁场力,f,，做匀速圆周运动，,则重力和电场力一定要大小相等、方向相反,则 ，电场强度 ，,方向竖直向上如图，,OPN,60，则,为油滴做圆周运动圆心设 ，,油滴由,M,点到,P,点时间 ，由,P,点到,N,点做匀速圆周运动时间 .油滴由,M,点到,N,点时间,9/26,4、加速器:,（1）直线加速器：,（2）盘旋加速器：,1）知道盘旋加速器基本结构及工作原理,2）知道盘旋加速器,基本用途。,3）能够处理相关盘旋,加速器问题。,10/26,B,11/26,交变电压周期：和粒子在磁场中运动周期相等，,即,T,电,=,带电粒子在D形金属盒内运动轨道半径：是不等距,分布，即,粒子取得能量(动能）：盘旋加速器直径越大，,粒子取得能量就越大,，即,E,k n,=,粒子在盘旋加速器内运动时间,：,t,=,n T,=。,12/26,练习：,1用同一盘旋加速器分别对质子（）和氘核,（）加速后()A质子取得动能大于氘核取得动能,B质子取得动能等于氘核取得动能,C质子取得动能小于氘核取得动能,D无法判断,A,13/26,2,有一个盘旋加速器，,D,形半圆盒直径为,d,，磁,感应强度为,B,，用它分别加速质子和 ，则,A,质子被加速后取得最大动能是粒子,2,倍,B,质子和 粒子加速后取得最大动能相等,C,加速质子时交流电压频率是加速 粒子,2,倍,D,加速质子和 粒子时电压频率相同,B C,14/26,3如图所表示，粒子盘旋加速器由两个,D,型盒组成，在,D,型盒缝隙处加交变电压，整个装处于匀强磁场中，从,O,点输入带电粒子经过电场加速和磁场偏转重复运动，最终能够从边缘由导出装置导出。,已知交变电压频率等于粒子在磁场中,回转频率。求粒子从盘旋加速器中射,出最大速度？,3,解析：由牛顿第二定律得,qv,n,B,=,m,由式可得,E,k n,=,可见，粒子取得能量与盘旋加速器直径相关，直径越大，粒子取得能量就越大。,15/26,4盘旋回速器,D,型盒中央为质子流，,D,型盒间交变电压为 V，静止质子经电场加速后，进入,D,型盒，其最大轨道半径 ，磁场磁感应强度 T问：（1）质子最初进入 D 型盒动能多大？（2）质子经盘旋回速器最终得到动能多大？（3）交变电源频率。,4解析：,在电场中加速取得动能 ，粒子经盘旋回速器最终动能为：,故有,（1）（2）,（3）,16/26,5.一个盘旋加速器，当外加电场频率一定时，能够把质子速率加速到,v,，质子所能取得能量为,E,，则：,这一盘旋加速器能把粒子加速到多大速度？,这一盘旋加速器能把粒子加速到多大能量？,这一盘旋加速器加速粒子磁感应强度跟加速质子磁感应强度之比为？,5.解：,由,qv,n,B,=,m,得,v,n,=,由周期公式,T,电,=,得知，在外加电场频率一定时，,为定值，结合式得 =,v,。,由式,E,k n,=及 为定值得，在题设条件下，粒子最终取得动能与粒子质量成正比。所以粒子取得能量为4,E,。,由周期公式,T,电,=,得 =21。,17/26,5.其它装置,1）速度选择器：,2）磁流体发电机：,3）质谱仪：,4）磁流量计：,5)磁偏转仪：,18/26,1解析：只有电场力和洛仑兹力平衡 ，即 时粒子不偏转而能飞出，若粒子 ，则将因向下、向上偏移而不能经过选择器,1如图所表示质量为,m,，带电量,q,粒子（重力不计），从两平行电极板正中央垂直电场线和磁感线方向以速度,v,飞入，已知两板间距为,d,，磁感强度为,B,，若粒子能经过选择器，则射入速度 V 等于多少？,练习：,19/26,2.磁流体发电机原理图如右。等离子体高速v从左向右喷射，两极板间d有如图方向匀强磁场B。该发电机哪个极板为正极？两板间最大电压为多少？,R,最大电压：,U=B d v,B,+,R,20/26,3如图2所表示是测量带电粒子质量仪器工作原理示意图，一价正离子从狭缝 ，以很小速度进入电压为,U,加速电场区，再经过狭缝 、射入磁感强度为,B,匀强磁场，方向垂直磁场界面，最终打到感光片上形成细线，,若测得细线到狭缝 距离为,d,试导出离子质量表示式,3解析：在电场区由动能定理得：（初速可略）,在磁场区由牛顿定律得：，又,21/26,4.如图所表示为电磁流量计示意图。直径为d非磁性材料制成圆形导管内，有能够导电液体流动，磁感强度为B匀强磁场垂直液体流动方向而穿过一段圆形管道。若测得管壁内a、b两点间电势差为U，则管中液体,流量Q,/S,dU/4B,22/26,5电视机显像管中，电子束偏转是用磁偏转技术实现电子束经过电压为,U,加速电场后进入一圆形匀强磁场区，如图所表示磁场方向垂直于面磁场中心为,O,，半径为,r,当无磁场时，电子束将经过,O,点打到屏幕中心,M,点为了让电子束射到屏幕边缘,P,，,需要加磁场，使电子束偏转一,已知角度,q,，此时磁场磁感,应强度,B,应为多少?,5解析：电子束进入磁场后做圆周运动，如图所表示，圆半径 电子束经电场加速，,，解得磁场磁感应强度,23/26,6如图所表示，S为一电子源，它能够在纸面内360,0,范围内发射速度相同质量为m、电量为e点子。M N是一块面积足够大挡板，与S距离OS=L,挡板在靠近电子源一侧有垂直纸面向里匀强磁场，磁感应轻度为B.问：(1)若使电子源发射电子有可能抵达挡板，则发射速度最小为多大 (2)假如电子源发射电子速度为（1）中2倍，则挡板上被电子击中区域范围有多大？,M S N,24/26,7.如图，在XOY平面内有足够大垂直于纸面向里匀强磁场，磁感应强度B=1 T.一质量 、电量 带正电质点（重力不计），以速率,经过坐标原点O做匀速圆周运动,粒子连续经过O、A（或A、O）两点时间为 。求带电粒子做匀速圆周运动圆心坐标。,25/26,电子能击中B板上Q点右侧与Q点相距2.6810,-3,m1.010,-2,m范围。,电子能击中A板上P点右侧与P点相距02.010,-2,m。,B,A,P,v,Q,8A、B为水平放置足够长平行板，板间距离d=1.010,-2,m，A板中央有一电子源P，在纸面内沿PQ方向发射速度在03.210,7,m/s范围内电子，Q为P点正上方B板上一点，若垂直于纸面加一匀强磁场，磁感应强度B=9.110,-3,T，已知电子质量m=9.110,-31,kg，电子电量e=1.610,-19,C，不计电子重力和电子间相互作用，,且电子打到板上均被吸收，,并转移到大地，求电子击,中A、B 板上范围。,26/26,