专题九第3讲 带电粒子的复合场中的运动 [配套课件].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,*,第,3,讲,带电粒子在复合场中的运动,考点,1,带电粒子在电场、磁场组合场中的运动,1,组合场：由两个或两个以上的有界电场、磁场拼合而成,的复合场,(,不计重力,),2,特点：,(1),组合场内粒子的运动也是组合的，在磁场中粒子往往做,运动，在电场中通常做匀变速直线运动或匀变速曲线,运动,(,电偏转,),(2),由于粒子在磁场中做匀速圆周运动，可根据进出磁场的,速度方向确定轨迹圆心，根据几何关系求出轨道半径和运动时,间；而当“切换”到偏转电场时，运动的轨迹、性质等发生变,化，则应用平抛运动的规律如速度、位移公式等解决问题,匀速圆周,初速释放,),：；利用磁场偏转：,r,3,组合场应用实例,(1),质谱仪,(,如图,9-3-1),用途：是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具,原理：先用电场加速，再进入磁场偏转利用电场加速,(,无,量，可由公式,原理：电场用来对粒子加速，磁场用来使粒子回旋从而,能反复加速；回旋加速器中所加交变电压的频率,f,，与带电粒子,做匀速圆周运动的频率相等；回旋加速器最后使粒子得到的能,来计算，在粒子电量、质量和磁,场磁感应强度一定的情况下，回旋加速器的半径,R,越大，粒子,的能量就越,大,(2),回旋加速器（如图,9-3-2,所示）,用途：产生大量高能量带电粒子的实验设备,1,(,单选,),如图,9,3,3,所示，两导体板水平放置，两板间,电势差为,U,带电粒子以某一初速度,v,0,沿平行于两板的方向从,两板正中间射入，穿过两板后又垂直于磁场方向射入边界线竖,直的匀强磁场，则粒子射入磁场和射出磁场的,M,、,N,两点间的距,离,d,随着,U,和,v,0,的变化情况为,(),A,A,d,随,v,0,增大而增大，,d,与,U,无关,B,d,随,v,0,增大而增大，,d,随,U,增大而增大,C,d,随,U,增大而增大，,d,与,v,0,无关,D,d,随,v,0,增大而增大，,d,随,U,增大而减小,图,9,3,3,图,40,图,9,3,4,A,增大磁场的磁感应强度B,增大匀强电场间的加速电压,C,增大,D,形金属盒的半径,D,减小狭缝间的距离,2,(,双选,),回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心,部分是分别与高频交流电极相连接的两个,D,形金属盒，两盒间,的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能,得到加速，两,D,形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图,9,3,4,所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正,确的是,(),AC,3,(,单选,)(,福建泉州,2011,届高三联考,),如图,9,3,5,，质量,为,m,、电量为,e,的电子的初速为零，经电压为,U,的加速电场加速,后进入磁感应强度为,B,的偏转磁场,(,磁场方向垂直纸面,),，其运,动轨迹如图所示以下说法中正确的是,(,),A,加速电场的场强方向向上,B,偏转磁场的磁感应强度方向,垂直纸面向里,C,电子在电场中运动和在磁场,中运动时，加速度都不变，,都是匀变速运动,D,电子在磁场中所受洛伦兹力大小为,答案：,D,答案：,D,考点,2,带电粒子在匀强电场、匀强磁场组成的叠加场中,的运动,1,叠加场：至少有两种场重叠在带电粒子运动的空间中，,共同制约着带电粒子的运动,注意：电子、质子、,粒子、离子等微观粒子在叠加场中,运动时，一般都不计重力但质量较大的质点在叠加场中运动,时，不能忽略重力，除非说明不计重力,2,带电粒子垂直进入,E,和,B,正交的叠加场,不计重力,),(1),带电粒子只受电场和洛伦兹力的作用，电场力与洛伦兹,力方向,，粒子所受的合外力就是这两种力的合力，其运动,加速度遵从牛顿第二定律,相反,(2),粒子以匀速直线运动通过速度选择器的条件：,qE,Bqv,0,，,或,v,0,；从功能角度来看，,W,F,qEd,0,.,3,速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应等，,都是带电粒子在相互正交的电场与磁场的叠加场中的运动问,题所不同的是，速度选择器中的电场是带电粒子进入前存在,的，是外加的；磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应中的电,场是在粒子进入磁场后，在洛伦兹力作用下，带电粒子在两极,板上聚集后才形成的,E/B,4,(,单选,),如图,9,3,6,所示，水平放置的平行金属板,a,、,b,带有等量异种电荷，,a,板带正电，两板间有垂直于纸面向里的,匀强磁场，若一质子在两板间做匀速直线运动，其运动的方向,是,(,),D,图,9,3,6,A,沿竖直方向向下,B,沿竖直方向向上,C,沿水平方向向左,D,沿水平方向向右,解析：,由题意可知，电场方向,ab,，,故质子受到的电场力始终向下，若质子要做匀速直线运动，则其受到的洛伦兹力应与电场力等大反向，由左手定则可判定质子是沿水平方向向右运动,5,(,双选,)(2011,年惠州调研,),在图,9,3,7,中实线框所示,的区域内同时存在着匀强磁场和匀强电场一个带电粒子,(,不计,重力,),恰好能沿直线,MN,从左至右通过这一区域那么匀强磁场,),BD,和匀强电场的方向可能为下列哪种情况,(,A,匀强磁场方向竖直向上，匀强电场方向垂直于纸面向外,B,匀强磁场方向竖直向上，匀强电场方向垂直于纸面向里,C,匀强磁场方向垂直于纸面向里，匀强电场方向竖直向上,D,匀强磁场和匀强电场的方向都水平向右,考点,3,带电粒子在匀强电场、匀强磁场、重力场组成的,叠加场中的运动,1,三种场力的特点,(1),重力：大小为,mg,，方向竖直向下，重力做功与运动路径,无关，只与带电粒子的质量,m,和初、末位置的竖直高度差,h,有,关,(2),电场力：大小为,qE,，方向由场强,E,的方向和带电粒子的,电性决定，电场力做功与运动路径无关，只与带电粒子的电荷,量和初、末位置的电势有关,(3),洛伦兹力：当,v,B,时，,f,0,，当,v,B,时，,f,Bqv,；洛,伦兹力的方向总是垂直于速度与磁场构成的平面，无论带电粒,子做什么运动，洛伦兹力总不做功，不会改变粒子的动能,2,带电微粒在重力、电场力、磁场力共同作用下的运动,(1),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,(3),带电微粒在三个场共同作用下做匀变速曲线运动：电,场力与洛伦兹力的合力等于零或重力与洛伦兹力的合力等于,零,(2),带电微粒在三个场共同作用下做直线运动：重力和电场,力是恒力，它们的合力也是恒力当带电微粒的速度平行于磁,场时，不受洛伦兹力，因此可能做匀速运动也可能做匀变速运,动；当带电微粒的速度垂直于磁场时，一定做匀速运动,图,9,3,8,6,如图,9,3,8,所示，相互垂直的匀强电场和匀强磁场的,大小分别为,E,和,B,，一个质量为,m,、电量为,q,的油滴，从,a,点,以水平速度,v,0,飞入，经过一段时间后运动到,b,点，试计算：,(1),油滴刚进入叠加场,a,点时的加速度；,(2),若到达,b,点时，偏离入射方向的距离为,d,，则其速度是,多大？,解：,(1),如图,41,，油滴在,a,点受三个力，竖直向下的重力、,电场力及竖直向上的洛伦兹力，由牛顿定律,Bqv,(,mg,qE,),ma,得加速度,a,Bqv,(,mg,qE,),m,，方向竖直向上,(2),从,a,运动到,b,，重力、电场力对粒子做负功，洛伦兹力,不做功，根据动能定理得：,图,41,1,(2009,年中山一中检测,),如图,9,3,11,所示，一个质量,为,m,2.010,11,kg,，电荷量,q,1.010,-5,C,的带电微粒,(,重,力忽略不计,),，从静止开始经,U,1,100,V,电压加速后，水平进入,两平行金属板间的偏转电场，偏转电场的电压,U,2,100 V,金属,板长,L,20 cm,，两板间距,.,求：,(1),微粒进入偏转电场时的速度,v,0,的大小；,(2),微粒射出偏转电场时的偏转角,；,(3),若该匀强磁场的宽度为,D,10,cm,，,为使微粒不会由磁场右边射出，该匀强磁,场的磁感应强度,B,至少多大？,图,42,2,、如图,9,3,12,所示，直角坐标系,xOy,位于竖直平面内，在水平的,x,轴下方存在匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度为,B,，方向垂直,xOy,平面向里，电场线平行于,y,轴一质量为,m,、电荷量为,q,的带正电的小球，从,y,轴上的,A,点水平向右抛出，经,x,轴上的,M,点进入电场和磁场，恰能做匀速圆周运动，从,x,轴上的,N,点第一次离开电场和磁场，,MN,之间的距离为,L,，小球过,M,点时的速度方向与,x,轴的方向夹角为,.,不计空气阻力，重力加速度为,g,，求：,(1),电场强度,E,的大小和方向；,(2),小球从,A,点抛出时初速度,v,0,的大小；,(3),A,点到,x,轴的高度,h,.,解析：,(1),小球在电场、磁场中恰能做匀速圆周运动，说明电场力和重力平衡,(,恒力不能充当圆周运动的向心力,),，有,重力的方向竖直向下，电场力方向只能向上，由于小球带正电，所以电场强度方向竖直向上,图,9,3,13,2,(,双选,)(2009,年梅州模拟,),如图,9,3,14,所示，空间存,在水平方向的匀强电场,E,和垂直纸面向外的匀强磁场,B,，一个质,量为,m,、带电量为,q,的小球套在不光滑的足够长的竖直绝缘杆,上，自静止开始下滑，则,(,),AC,A,小球的动能不断增大，直到某一最大值,B,小球的加速度不断减小，直至为零,C,小球的加速度先增大后减小，最终为零,D,小球的速度先增加后减小，最终为零,解析：,起初，小球受到竖直向下的重力和水平向右的电场,力作用，同时受到杆的弹力和摩擦力；物理开始向下滑，重力,势能向动能转化，水平向左的洛伦兹力随着速度的增加而增大，,杆对小球弹力减小，相应的摩擦力也逐渐减小，直到水平向左,的洛伦兹力与水平向右的电场力等大时，小球受到摩擦力为零，,而后小球速度继续增大，即洛伦兹力继续变大，小球受到的摩,擦力又增加，当摩擦力大小等于物重时，小球开始向下做匀速,直线运动，综上所述，,AC,正确,【,例,1】,如图,9,3,15,所示，在,x,轴上方有垂直于,xOy,平,面向里的匀强磁场，磁感应强度为,B,；在,x,轴下方有沿,y,轴负方,向的匀强电场，场强为,E,.,一质量为,m,、电荷量为,q,的粒子从坐,标原点沿着,y,轴正方向射出射出之后，第,3,次到达,x,轴时，,它与点,O,的距离为,L,，求此粒子射出时的速度,v,和运动的总路程,s,.(,重力不计,),图,9,3,16,图,9,3,17,解决带电粒子在复合场中的运动问题，必须对粒子进行正确的受力分析，清楚粒子的运动情况，画出轨迹，尤其不能忽略电场对带电粒子的影响,1.(,双选,),地面附近空间中存在着水平方向的匀强电场和匀强,磁场，已知磁场方向垂直纸面向里，一个带电油滴能沿一条与,竖直方向成,角的直线,MN,运动,(,MN,在垂直于磁场方向的平面,内,),，如图,9,3,18,所示，则以下判断中正确的是,(,),AC,A,如果油滴带正电，它是从,M,点运动到,N,点,B,如果油滴带正电，它是从,N,点运动到,M,点,C,如果电场方向水平向左，油滴是从,M,点运动到,N,点,D,如果电场方向水平向右，油滴是从,M,点运动到,N,点,