帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng).ppt

1、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),復(fù)習(xí)目標(biāo)：,1、掌握帶電粒子（帶電體）在復(fù)合場(chǎng)中的受力情況，能準(zhǔn)確地分析帶電粒子（帶電體）的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化過程。,3、理解速度選擇器，質(zhì)譜儀、回旋加速器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)、霍爾效應(yīng)的構(gòu)造和工作原理，能熟練解答相關(guān)問題。,2、能熟練運(yùn)用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)，能量觀點(diǎn)來分析和解決帶電粒子（或帶電體）在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的有關(guān)問題。,1、組合場(chǎng) 2、復(fù)合場(chǎng) 3、三種場(chǎng)力比較 4、重力忽略情況 5、分析方法 6、模型分析,基本知識(shí)回顧：,1、速度選擇器,特點(diǎn)：,（1）任何一個(gè)存在正交電場(chǎng)和磁場(chǎng)的空間都可看作速度選擇器。,（3）對(duì)某一確定的速度選擇器，在如圖所示速度選擇器，入口在左端

2、，出口在右端，若帶電粒子從右端射入時(shí)，由于洛侖茲力和電場(chǎng)力同向，粒子必發(fā)生偏轉(zhuǎn)。,2、質(zhì)譜儀,構(gòu)造如圖所示：,質(zhì)譜儀由速度選擇器和MN板右側(cè)的偏轉(zhuǎn)分離磁場(chǎng)兩部分組成。圖示質(zhì)譜儀在先對(duì)離子束進(jìn)行速度選擇后，,相同速率的不同離子在右側(cè)的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中B做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，不同荷質(zhì)比的離子軌道半徑不同，將落在MN板的不同位置，由此可以用來測(cè)定帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素。,q,3、回旋加速器,回旋加速器是利用帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和帶電粒子 在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，使帶電粒,子在磁場(chǎng)中改變運(yùn)動(dòng)方向，然后 ，勻速進(jìn)入電場(chǎng)中加速，使帶電粒子在回旋過程中逐漸加速。,（1）帶電粒子在回旋加速器D形盒之間被加速，在磁場(chǎng)

3、中做相應(yīng)軌道半徑的圓周運(yùn)動(dòng)。,（2）加速條件：交變電壓的周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等。,4、磁流體發(fā)電機(jī),如圖是磁流體發(fā)電機(jī)，其原理是：等離子氣體噴入磁場(chǎng)，正、負(fù)離子在洛侖茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)而聚集到A、B板上，產(chǎn),生電勢(shì)差，設(shè)A、B平行金屬板的面積為S，相距L，等離子體的電阻率為，噴入氣體速度為V，板間磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度為B，板外電阻為R，當(dāng)?shù)入x子氣體勻速通過A、B板間時(shí)，A、B板上聚焦的電荷最多，板間電勢(shì)差最大，即為電源電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)離子受力平衡：,E 場(chǎng)q=BqV，E場(chǎng)=BV,電動(dòng)勢(shì)E= E場(chǎng)L=BLV,例1如圖所示，套在很長(zhǎng)的絕緣直棒上的小球，其質(zhì)量為m，帶電量為q，小球可在棒上滑動(dòng)，將此棒

4、豎直放在互相垂直，且沿水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，小球與棒的動(dòng)摩擦因數(shù)為，求小球由靜止沿棒下落的最大加速度和最大速度？（設(shè)小球電量不變）,E,由牛頓第二定律得,豎直方向：mg-f=ma,水平方向：N=EqBqV,f=N,總結(jié)：,帶電物體在復(fù)合場(chǎng)中做變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶電物體所受的洛侖茲力的大小不斷變化，而洛侖茲力的變化往往引起其他力的變化，從而導(dǎo)致加速度不斷變化。,（2）只將電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）反向，而強(qiáng)弱不變，小球的最大加速度和最終速度又將怎樣？,例2如圖所示，質(zhì)量為0.04g的帶有正電荷q為10-4C的小球用長(zhǎng)度為0.2m的絲線懸掛在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0.

5、5T，方向指向紙內(nèi)，小球在磁場(chǎng)內(nèi)做擺動(dòng)，當(dāng)它到達(dá)最高點(diǎn)A時(shí)，絲線偏離豎直方向30角，試問：,（1）小球在A點(diǎn)時(shí)受到哪幾個(gè)力的作用？,解析：小球在A點(diǎn)時(shí)受到兩個(gè)力作用，即重力mg和絲線拉力T。,（2）小球向右經(jīng)過最低點(diǎn)C時(shí)，絲線受力的大小和方向如何？,解：小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)，受到的力有重力mg、絲線拉力T、洛侖茲力f，其合力為向心力，即,代入數(shù)據(jù)得:T=4.710-4(N),（3）小球向左經(jīng)過最低點(diǎn)C時(shí)，絲線受力的大小和方向如何？,解:小球從D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)速度與從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)大小相同，此時(shí)，小球受到的力有重力mg、繩子拉力T，洛侖茲力f，其合力為向心力，則,代入數(shù)據(jù)得T=5.410-4

6、（N）,練習(xí)1：一 如圖所示虛線所圍的區(qū)域內(nèi)，存在電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，已知從左方水平射入的電子，穿過這區(qū)域時(shí)未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，設(shè)重力忽略不計(jì)，則在這個(gè)區(qū)域中的E和B的方向可能是（ ）,A、E和B都沿水平方向，并與電子運(yùn)動(dòng)方向相同,B、E和B都沿水平方向，并與電子運(yùn)動(dòng)方向相反,e,E,B,C、E豎直向上B垂直紙面向外,D、E豎直向上B垂直紙面向里,ABC,練習(xí)2：設(shè)空間存在著豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖所示，已知一離子在電場(chǎng)力和洛侖茲力的作用下，從靜止開始自a點(diǎn)沿曲線acb運(yùn)動(dòng)，到達(dá)b時(shí)速度恰為零，c點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)軌跡的最低點(diǎn)，不計(jì)重力，以下說法錯(cuò)誤的是（

7、）,D,練習(xí)3：場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)正交，如圖所示，一質(zhì)量為m的帶電粒子，在垂直于磁場(chǎng)方向的平面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)重力加速度為g，則下列說法正確的是（ ）,粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，受力分析如圖所示：所以粒子必需帶負(fù)電。,除重力做功之外，還有電場(chǎng)力做功，因此粒子的機(jī)械能不守恒。,練習(xí)3：場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)正交，如圖所示，一質(zhì)量為m的帶電粒子，在垂直于磁場(chǎng)方向的平面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)重力加速度為g，則下列說法正確的是（ ）,ABC,練習(xí)4：有一束正粒子，先后通過區(qū)域和，區(qū)域中有相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖所示，如果這束正離子（不計(jì)重力）通過區(qū)域時(shí)，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則說明它們的是相同的，若進(jìn)入?yún)^(qū)域后，這束正離子的軌跡也是相同，則說明它們的相同。,速度,荷質(zhì)比,練習(xí)5：如圖所示，在x軸上方有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度為B，下方有場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，有一質(zhì)量為m，帶電量q為的粒子，從坐標(biāo)0沿著y軸正方向射出。射出之后，第3次到達(dá)x軸時(shí)，它與點(diǎn)0的距離為L(zhǎng)。求此粒子射出時(shí)的速度和運(yùn)動(dòng)的總路程S（重力不計(jì)）,解析：粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)為勻變速直線運(yùn)動(dòng)。畫出粒子運(yùn)動(dòng)的過程如圖所示：,由圖可知粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期后第一次通過x軸進(jìn)入電場(chǎng)，做勻減速,運(yùn)動(dòng)至速度為零，再反向做勻