考点40带电粒子在复合场中的运动ppt课件

《考点40带电粒子在复合场中的运动ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《考点40带电粒子在复合场中的运动ppt课件（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、考点考点40. 带电粒子在复合粒子在复合场中的运中的运动 1) 复复合合场指指的的是是重重力力场、电场和和磁磁场中中两两个个或或三三个个场同同时存存在的在的场。 2带电粒粒子子在在复复合合场中中运运动要要思思索索重重力力、电场力力和和磁磁场力力，要留意磁要留意磁场力即洛力即洛仑兹力的特点。力的特点。 3处理理带电粒粒子子在在复复合合场中中的的运运动问题，与与处理理力力学学中中物物体体的运的运动问题根本一根本一样。 4对于于带电粒粒子子在在复复合合场中中的的运运动问题，所所用用的的规律律和和方方法法与力学的与力学的问题根本一根本一样。 例例1. 一个带电微粒在图示的正交匀强电场和匀强磁一个带电微

2、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。那么该场中在竖直面内做匀速圆周运动。那么该带电微粒必然带带电微粒必然带_，旋转方向为，旋转方向为_。假设知圆半径为假设知圆半径为r，电场强度为，电场强度为E磁感应磁感应强度为强度为B，那么线速度为，那么线速度为_。E B解解析析：由由于于必必需需有有电电场场力力与与重重力力平平衡衡，所所以以必必为为负负电电；由由左左手手定定那么得逆时针转动；再由那么得逆时针转动；再由练习：练习：1 1空间某一区域中只存在着匀强磁场和匀强电场，在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，关于电场和磁场的情况，这个区域内有一个

3、带电粒子，关于电场和磁场的情况，以下表达正确的选项是以下表达正确的选项是 A A假设电场与磁场方向在同不断线上，那么带电粒假设电场与磁场方向在同不断线上，那么带电粒子的动量方向一定改动子的动量方向一定改动 B B假设电场与磁场方向在同不断线上，那么带电粒假设电场与磁场方向在同不断线上，那么带电粒子的动能一定改动子的动能一定改动 C C假设带电粒子的动量的方向坚持不变，那么电场假设带电粒子的动量的方向坚持不变，那么电场与磁场方向一定相互垂直与磁场方向一定相互垂直 D D假设带电粒子的动能坚持不变，那么电场与磁场假设带电粒子的动能坚持不变，那么电场与磁场方向一定相互垂直方向一定相互垂直B DB D

4、 2 2如下图，质量为如下图，质量为 、带电量为、带电量为 的粒子，的粒子，从两平行电极板正中央垂直电场线和磁感线以速度从两平行电极板正中央垂直电场线和磁感线以速度 飞入知两板间间隔为飞入知两板间间隔为 ，磁感应强度为，磁感应强度为B B，这时，这时粒子恰能直线穿过电场和磁场区域重力不计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，那么粒子将落到极板今将磁感应强度增大到某值，那么粒子将落到极板上当上当粒子落到极板上时的动能为多少？粒子落到极板上时的动能为多少？ 2 2解析：粒子恰能直线穿过电场和磁场区域时，设电场强度为解析：粒子恰能直线穿过电场和磁场区域时，设电场强度为 ，那

5、么：，那么： 将将B B 增大到某值使粒子落到极板上，此增大到某值使粒子落到极板上，此时粒子具有的动能为时粒子具有的动能为 ，由动能定理有：，由动能定理有： 3如下图是程度向右的匀强电场场强为E和垂直纸面向里的程度匀强磁场磁感应强度为B 并存的区域其中有一个足够长的程度光滑绝缘面，面上的O点放一个质量为m、带正电、电量为q的小物块释放后，物块自静止开场运动求物块在程度面上滑行的最大位移和物块在程度面上滑动过程中电场力对物块做的功3 3解析：解析：物物块在程度方向上，在在程度方向上，在电场力作用下由静止开力作用下由静止开场做匀加速运做匀加速运动，随速度增大，程度面的支持力减小，当支持力减到随速度

6、增大，程度面的支持力减小，当支持力减到0 0时重力与磁重力与磁场力相等，物力相等，物块将要分开程度面将要分开程度面 4 4如下如下图，一，一电子沿子沿M M 孔程度射入垂直孔程度射入垂直纸面的匀面的匀强磁磁场区域区域，经P P 孔孔进入程度匀入程度匀强电场区域区域，最后到，最后到达达N N 孔，知孔，知 ，电子子电量量为 ，质量量为 ，入射速度，入射速度为V0V0求：求：1 1试判判别磁磁场与与电场方向，方向，并写出并写出电场强度大小；度大小；2 2粗略画出粗略画出电子运子运动轨迹，迹，阐明它明它们是什么是什么图线；3 3确定确定电子到达子到达N N 孔孔时的速度的速度MNPV0O 4解析：1

7、电子在区做匀速圆周运动到达P点，那么磁场方向是垂直纸面向外；电子在区做类平抛运动到N点，那么电场的方向是程度向右依题条件： 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，设电子到达N 孔的速度为 ，那么： 5如图，在地面附近，坐标系 Xoy 在竖直平面内，空间有沿程度方向垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，在x 0的空间内还有沿x轴负方向的匀强电场，场强大小为E，一个带正电的油滴经图中x轴上的M点，沿着与程度方向成角a 30的斜向下的直线运动，进入x0 的区域要使油滴进入x0区域后能在竖直平面内做匀速圆周运动，需在 x0区域内加一个匀强电场

8、假设带电油滴做圆周运动经过x 轴上的N点，且M O O N求：1试阐明油滴在x0的空间中做匀速直线运动的理由，并求其速率的大小；2在x0空间内所加电场的场强大小和方向3油滴从x 轴上的M点开场到达X 轴上的N点所用的时间 5解析：1 2 3 提示：如下图，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 ， ，得油滴的速率 油滴进入x0区域后受电场力 和重力mg 以及磁场力f，做匀速圆周运动，那么重力和电场力一定要大小相等、方向相反那么 ，电场强度 ，方向竖直向上如图，OPN 60， ，那么 为油滴做圆周运动的圆心设 ， ，油滴由油滴由M M点到点到P P点的时间点的时间

9、，由，由P P点到点到N N点做匀速圆周运点做匀速圆周运动的时间动的时间 . .油滴由油滴由M M点到点到N N点的时间点的时间 4、加速器、加速器: 1直线加速器：直线加速器：2盘旋加速器：盘旋加速器：1知道盘旋加速器的根本构造及任务原理知道盘旋加速器的根本构造及任务原理2知道盘旋加速器知道盘旋加速器 的根本用途。的根本用途。3可以处理有关盘旋可以处理有关盘旋 加速器的问题。加速器的问题。B交交变电压的周期：和粒子在磁的周期：和粒子在磁场中运中运动的周期相等，的周期相等， 即即 T电=带电粒子在粒子在D形金属盒内运形金属盒内运动的的轨道半径：是不等距道半径：是不等距 分布的，即分布的，即 粒

10、子粒子获得的能量得的能量(动能：能：盘旋加速器的直径越大，旋加速器的直径越大， 粒子粒子获得的能量就越大得的能量就越大 ，即，即Ek n= 粒子在粒子在盘旋加速器内运旋加速器内运动的的时间 ： t = n T = = 。练习：练习： 1 1用同一盘旋加速器分别对质子用同一盘旋加速器分别对质子 和氘核和氘核 加速后加速后( )( ) A A质子获得的动能大于氘核获得的动能质子获得的动能大于氘核获得的动能 B B质子获得的动能等于氘核获得的动能质子获得的动能等于氘核获得的动能 C C质子获得的动能小于氘核获得的动能质子获得的动能小于氘核获得的动能 D D无法判别无法判别A 2有一个盘旋加速器，D

11、形半圆盒直径为d，磁 感应强度为B，用它分别加速质子和 ，那么 A 质子被加速后获得的最大动能是粒子 的2倍 B 质子和 粒子加速后获得的最大动能相等 C 加速质子时交流电压频率是加速 粒子的2倍 D加速质子和 粒子时电压的频率一样B C 3 3如如下下图图，粒粒子子盘盘旋旋加加速速器器由由两两个个D D 型型盒盒组组成成，在在D D 型型盒盒的的缝缝隙隙处处加加交交变变电电压压，整整个个装装处处在在匀匀强强磁磁场场中中，从从O O点点输输入入的的带带电电粒粒子子经经过过电电场场加加速速和和磁磁场场偏偏转转的的反反复复运动，最后可以从边缘由导出安装导出。运动，最后可以从边缘由导出安装导出。知交

12、变电压的频率等于粒子在磁场中知交变电压的频率等于粒子在磁场中回转的频率。求粒子从盘旋加速器中射回转的频率。求粒子从盘旋加速器中射出的最大速度？出的最大速度？3 3解析：由牛解析：由牛顿第二定律得第二定律得qvnB = m qvnB = m 由由式可得式可得Ek n= Ek n= 可可见，粒粒子子获得得的的能能量量与与盘旋旋加加速速器器的的直直径径有有关关，直直径径越越大大，粒子粒子获得的能量就越大。得的能量就越大。 4 4盘旋回速器盘旋回速器D D 型盒中央为质子流，型盒中央为质子流，D D 型盒间的交变型盒间的交变电压为电压为 V V，静止质子经电场加速后，进入，静止质子经电场加速后，进入D

13、 D 型型盒，其最大轨道半径盒，其最大轨道半径 ，磁场的磁感应强度，磁场的磁感应强度 T T问：问：1 1质子最初进入质子最初进入 D D 型盒的动能多大？型盒的动能多大？2 2质子质子经盘旋回速器最后得到的动能多大？经盘旋回速器最后得到的动能多大？3 3交变电源的频交变电源的频率。率。 4 4解析：解析：在在电场中加速中加速获得的得的动能能 ，粒子，粒子经盘旋回速器最后的旋回速器最后的动能能为： 故有故有1 1 2 2 3 3 5.一一个个盘旋旋加加速速器器，当当外外加加电场的的频率率一一定定时，可可以以把把质子的速率加速到子的速率加速到v，质子所能子所能获得的能量得的能量为E，那么：，那么

14、：这一一盘旋加速器能把旋加速器能把粒子加速到多大的速度？粒子加速到多大的速度？这一一盘旋加速器能把旋加速器能把粒子加速到多大的能量？粒子加速到多大的能量？这一一盘旋旋加加速速器器加加速速粒粒子子的的磁磁感感应强度度跟跟加加速速质子子的磁感的磁感应强度之比度之比为？5.解：解：由由qvnB =m 得得 vn= 由周期公式由周期公式T电= 得知，在外加得知，在外加电场的的频率一率一定定时， 为定定值，结合合式得式得 = v。由由式式Ek n= 及及 为定定值得得，在在题设条条件件下下，粒粒子子最最终获得得动能与粒子能与粒子质量成正比。所以量成正比。所以粒子粒子获得的能量得的能量为4E。由周期公式由

15、周期公式T电= 得得 =2 1。5. 其它安装其它安装1速度选择器：速度选择器：2磁流体发电机：磁流体发电机：3质谱仪：质谱仪：4磁流量计：磁流量计：5) 磁偏转仪：磁偏转仪： 1 1解析：只需电场力和洛仑兹力平衡解析：只需电场力和洛仑兹力平衡 ，即，即 时粒子不偏转而能飞出，假设粒子时粒子不偏转而能飞出，假设粒子 ，那么将因向下、向，那么将因向下、向上偏移而不能经过选择器上偏移而不能经过选择器 1 1如下图质量为如下图质量为m m，带电量，带电量q q的粒子重力的粒子重力不计，从两平行电极板正中央垂直电场线和不计，从两平行电极板正中央垂直电场线和磁感线方向以速度磁感线方向以速度v v飞入，知

16、两板间距为飞入，知两板间距为d d，磁，磁感强度为感强度为B B，假设粒子能经过选择器，那么射入，假设粒子能经过选择器，那么射入速度速度 V V 等于多少？等于多少？练习：练习： 2. 磁磁流流体体发发电电机机原原理理图图如如右右。等等离离子子体体高高速速v从从左左向向右右放放射射，两两极极板板间间d有有如如图图方方向向的的匀匀强强磁磁场场B。该该发发电机哪个极板为正极？两板间最大电压为多少？电机哪个极板为正极？两板间最大电压为多少？R最大最大电压：U = B d vU = B d vB + R3 3如图如图2 2所示是丈量带电粒子质量的仪器任务原所示是丈量带电粒子质量的仪器任务原理表示图，一

17、价正离子从狭缝理表示图，一价正离子从狭缝 ，以很小速度，以很小速度进入电压为进入电压为U U 的加速电场区，再经过狭缝的加速电场区，再经过狭缝 、 射入磁感强度为射入磁感强度为B B 的匀强磁场，方向垂直磁场界的匀强磁场，方向垂直磁场界面，最后打到感光片上构成细线，面，最后打到感光片上构成细线，假设测得细线到狭缝假设测得细线到狭缝 的间隔为的间隔为d d试导出离子的质量表达式试导出离子的质量表达式3 3解析：在电场区由动能定理得：解析：在电场区由动能定理得： 初速可略初速可略在磁场区由牛顿定律得：在磁场区由牛顿定律得： ，又，又 4. 4.如下图为电磁流量计表示图。直径为如下图为电磁流量计表示

18、图。直径为d d的非的非磁性资料制成的圆形导管内，有可以导电的液体磁性资料制成的圆形导管内，有可以导电的液体流动，磁感强度为流动，磁感强度为B B的匀强磁场垂直液体流动的方的匀强磁场垂直液体流动的方向而穿过一段圆形管道。假设测得管壁内向而穿过一段圆形管道。假设测得管壁内a a、b b两两点间的电势差为点间的电势差为U U，那么管中液体，那么管中液体的流量的流量Q Q /S /S dU/4BdU/4B5 5电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的电子束经过电压为实现的电子束经过电压为U U的加速电场后进入一圆形匀的加速电场后进入一圆形匀强磁场

19、区，如下图磁场方向垂直于面磁场中心为强磁场区，如下图磁场方向垂直于面磁场中心为O O，半径为半径为r r当无磁场时，电子束将经过当无磁场时，电子束将经过O O点打到屏幕的中点打到屏幕的中心心M M 点为了让电子束射到屏幕边缘点为了让电子束射到屏幕边缘P P，需求加磁场，使电子束偏转一需求加磁场，使电子束偏转一知角度知角度q q ，此时磁场的磁感，此时磁场的磁感应强度应强度B B 应为多少应为多少? ? 5 5解析：电子束进入磁场后做圆周运动，如下图，圆半径解析：电子束进入磁场后做圆周运动，如下图，圆半径 电子束经电场加速，电子束经电场加速， ，解得磁场磁感应强度，解得磁场磁感应强度 6如如下下

20、图图，S为为一一电电子子源源，它它可可以以在在纸纸面面内内3600范范围围内内发发射射速速度度一一样样的的质质量量为为m、电电量量为为e的的点点子子。M N是是一一块块面面积积足足够够大大的的挡挡板板，与与S的的间间隔隔OS = L ,挡挡板板在在接接近近电电子子源源一一侧侧有有垂垂直直纸纸面面向向里里的的匀匀强强磁磁场场， 磁磁感感应应轻轻度度为为B .问问： (1)假假设设使使电电子子源源发发射射的的电电子子有有能能够够到到达达挡挡板板， 那那么么发发射射的的速速度度最最小小为为多多大大 (2)假假设设电电子子源源发发射射电电子子的的速速度度为为1中中的的2倍倍，那那么么挡挡板板上上被被电

21、电子子击击中中的区域范围有多大？的区域范围有多大？M S N 7.7.如如图图，在在XOYXOY平平面面内内有有足足够够大大的的垂垂直直于于纸纸面面向向里里的的匀匀强强磁磁场场，磁磁感感应应强强度度B B = = 1 1 T.T.一一质质量量 、电量电量 的带正电的质点重力不计，以速率的带正电的质点重力不计，以速率 经经过过坐坐标标原原点点O O做做匀匀速速圆圆周周运运动动, ,粒粒子子延延续续经经过过O O、A A或或A A、O O两两点点的的时时间间为为 。求求带带电粒子做匀速圆周运动的圆心坐标。电粒子做匀速圆周运动的圆心坐标。电子子能能击中中B板板上上Q点点右右侧与与Q点点相距相距2.6

22、810-3m1.010-2m的范的范围。电子子能能击中中A板板上上P点点右右侧与与P点点相距相距02.010-2m。BAPvQ8A、B为程程度度放放置置的的足足够长的的平平行行板板，板板间间隔隔d=1.010-2m，A板板中中央央有有一一电子子源源P，在在纸面面内内沿沿PQ方方向向发射射速速度度在在03.2107m/s范范围内内的的电子子，Q为P点点正正上上方方B板板上上的的一一点点，假假设垂垂直直于于纸面面加加一一匀匀强磁磁场，磁磁感感应强度度B=9.110-3T，知知电子子的的质量量m=9.110-31kg，电子子电量量e=1.610-19C，不，不计电子的重力和子的重力和电子子间的相互作用，的相互作用，且电子打到板上均被吸收，且电子打到板上均被吸收，并转移到大地，求电子击并转移到大地，求电子击中中A、B 板上的范围。板上的范围。