带电粒子在复合场中 全面归纳总结
6页1、第三节带电粒子在复合场中的运动一、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、_、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,并不重叠或在同一区域,电场、磁场_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_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_与_大小相等、方向相反时,带电粒子在_的作用下,在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动(3)非匀变速曲线运动当带电粒子所受的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,其运动过程由几种不同的运动阶段组成二、带电粒子在复合场中运动的实例分析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_。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qvBm.由以上两式可
2、得出需要研究的物理量,如粒子轨道半径、粒子质量、比荷r_,m_,_.2回旋加速器(1)构造:如图所示,D1、D2是半圆金属盒,D形盒的缝隙处接_电源D形盒处于匀强磁场中(2)原理:交流电的周期和粒子做圆周运动的周期_,粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙,两盒间的电势差一次一次地反向,粒子就会被一次一次地加速由qvB,得Ekm_,可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径R决定,与加速电压无关特别提示:这两个实例都应用了带电粒子在电场中加速、在磁场中偏转(匀速圆周运动)的原理3速度选择器(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_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_,即v.4磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术,它可以把_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_极(3)磁流体发电机两极板间的距离为L,等离子体速度为v,磁场的磁感应强度为B,则由qEqqvB得两极板间能达到的最大电势差U_。5电磁流量计工作原理:如图所示,圆形导管直径为d,用非磁性材料制成,导电液体在管中向左
3、流动,导电液体中的自由电荷(正、负离子),在洛伦兹力的作用下横向偏转,a、b间出现电势差,形成电场,当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时,a、b间的电势差就保持稳定,即:qvBqEq,所以v,因此液体流量QSv。带电粒子在组合场中的运动“电偏转”和“磁偏转”的比较垂直电场线进入匀强电场(不计重力)垂直磁感线进入匀强磁场(不计重力)受力情况电场力FEqE,其大小、方向不变,与速度v无关,FE是恒力洛伦兹力FBqvB,其大小不变,方向随v而改变,FB是变力轨迹抛物线圆或圆的一部分运动轨迹求解方法利用类平抛运动的规律求解:vxv0xv0t vyt yt2偏转角:tan 半径:r周期:T偏移距离y和偏转角要结合圆的几何关系利用圆周运动规律讨论求解运动时间ttT动能变化不变(2013高考安徽卷)如图所示的平面直角坐标系xOy,在第象限内有平行于y轴的匀强电场,方向沿y轴正方向;在第象限的正三角形abc区域内有匀强磁场,方向垂直于xOy平面向里,正三角形边长为L,且ab边与y轴平行一质量为m、电荷量为q的粒子,从y轴上的P(0,h)点,以大小为v0的速度沿x轴正方向射入电场,通过电场后从x轴上的
4、a(2h,0)点进入第象限,又经过磁场从y轴上的某点进入第象限,且速度与y轴负方向成45角,不计粒子所受的重力求: (1)电场强度E的大小;(2)粒子到达a点时速度的大小和方向;(3)abc区域内磁场的磁感应强度B的最小值 方法总结解决带电粒子在组合场中的运动问题的思路(1)首先明确每个场的性质、方向、强弱和范围;(2)对带电粒子进行受力分析,确定带电粒子的运动性质,分析粒子的运动过程,画出运动轨迹(3)通过分析,确定粒子从一个场区进入另一场区时的位置、速度大小和方向是解题的关键1。(2014广州模拟)如图所示,在空间中存在垂直纸面向里的匀强磁场,其竖直边界AB、CD的宽度为d,在边界AB左侧是竖直向下、场强为E的匀强电场,现有质量为m、带电量为q的粒子(不计重力)从P点以大小为v0的水平初速度射入电场,随后与边界AB成45射入磁场若粒子能垂直CD边界飞出磁场,穿过小孔进入如图所示两竖直平行金属板间的匀强电场中减速至零且碰不到正极板(1)请画出粒子上述过程中的运动轨迹,并求出粒子进入磁场时的速度大小v;(2)求匀强磁场的磁感应强度B;(3)求金属板间的电压U的最小值带电粒子在叠加场中的
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