带电粒子在复合场中的运动.ppt

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带电粒子在复合场中的运动金溪一中吴丽敏,目的要求,四、理解复合场中的几个特殊物理模型的原理,一、会对带电粒子在复合场中运动的进行基本分析,二、进一步理解电场力和洛伦兹力,三、能在具体情况中作出重力考虑与否的判断,一、会对带电粒子在复合场中运动的进行基本分析,1.这里所说的复合场是指电场、磁场、重力场并存，或其中某两种场并存的场。

带电粒子在这些复合场中运动时，必须同时考虑电场力、洛伦兹力和重力的作用或其中某两种力的作用，因此对粒子的运动形式的分析就显得极为重要。

2.当带电粒子在复合场中所受的合外力为时，粒子将做匀速直线运动或静止。

3.当带电粒子所受的合外力与运动方向在同一条直线上时，粒子将做变速直线运动。

4.当带电粒子所受的合外力充当向心力时，粒子将做匀速圆周运动。

5.当带电粒子所受的合外力的大小、方向均是不断变化的，则粒子将做变加速运动，这类问题一般只能用能量关系处理。

二、进一步理解电场力和洛伦兹力,1.在电场中的电荷，不管其运动与否，均受到电场力的作用；而磁场仅仅对运动着的、且速度与磁场方向不平行的电荷有洛伦兹力的作用。

2.电场力的大小，与电荷的运动的速度无关；而洛伦兹力的大小sin，与电荷运动的速度大小和方向均有关。

3.电场力的方向与电场的方向或相同、或相反；而洛伦兹力的方向始终既和磁场垂直，又和速度方向垂直。

4.电场既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向；而洛伦兹力只能改变电荷运动的速度方向，不能改变速度大小。

5.电场力可以对电荷做功，能改变电荷的动能；洛伦兹力不能对电荷做功，不能改变电荷的动能。

6.匀强电场中在电场力的作用下，运动电荷的偏转轨迹为抛物线；匀强磁场中在洛伦兹力的作用下，垂直于磁场方向运动的电荷的偏转轨迹为圆弧。

三、能在具体情况中作出重力考虑与否的判断,

（1）对于微观粒子，如电子、质子、离子等一般不做特殊交待就可以不计其重力，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、金属块等不做特殊交待时就应当考虑其重力。

（2）在题目中有明确交待的是否要考虑重力的，这种情况比较正规，也比较简单。

（3）是直接看不出是否要考虑重力，但在进行受力分析与运动分析时，要由分析结果，先进行定性分析再确定是否要考虑重力.,重力考虑与否分三种情况：

四、理解复合场中的几个特殊物理模型的原理,由正交的匀强磁场和匀强电场组成。

带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能匀速（或者说沿直线）通过速度选择器，否则将发生偏转。

这个速度的大小可以由洛伦兹力和电场力的平衡得出：

qvBEq,在上图中，速度方向必须向右。

这个结论与离子带何种电荷、电荷多少都无关。

若速度小于这一速度，电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大，粒子的轨迹既不是抛物线，也不是圆，而是一条复杂曲线；若大于这一速度，将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹是一条复杂曲线。

1、速度选择器：

四、理解复合场中的几个特殊物理模型的原理,2、质谱仪：

组成：

离子源，加速场，速度选择器（、），偏转场，胶片,原理：

、加速场中：

、选择器中：

、偏转场中：

比荷：

作用：

主要用于测量粒子的质量、比荷、研究同位素。

四、理解复合场中的几个特殊物理模型的原理,3、电磁流量计,如图所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动。

导电液体中的自由电荷（正负离子）在洛伦兹力作用下纵向偏转，a,b间出现电势差。

原理：

当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定。

流量（Q）：

四、理解复合场中的几个特殊物理模型的原理,其等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到两极板上，在两极板上产生电势差.,设等离子气体的电阻率为，则电源的内阻为：

4、磁流体发电机,原理：

设A、B平行金属板的面积为S，相距L，喷入气体速度为v，板间磁场的磁感应强度为B,当等离子气体匀速通过A、B板间时，A、B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动势。

此时离子受力平衡：

EqBqv,电动势：

ELBLv,EBv,则中的电流为：

题型1.带电离子在电场与磁场依次作用下运动,例1、（2004年全国卷18分）如图所示，在的空间中存在匀强电场，场强沿轴负方向；在的空间中，存在匀强磁场，磁场方向垂直平面（纸面）向外。

一电量为、质量为的带正电的运动粒子，经过轴上处的点时速率为，方向沿轴正方向；然后，经过轴上处的点进入磁场，并经过轴上处的点。

不计重力。

求（l）电场强度的大小。

（2）粒子到达时速度的大小和方向。

（3）磁感应强度的大小。

题型2.用力和运动观点解答复合场问题,例.如图所示,套在很长的绝缘直棒上的小球,其质量为m,带电量为+q,小球可在棒上滑动,将此棒竖直放在互相垂直,且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中,电场强度为E,磁感应强度为B,小球与棒的动摩擦因素为,求小球由静止沿棒下落的最大加速度和最大速度（设小球电量不变）,题型3.功能关系在复合场中粒子运动的应用,例.如图所示,水平向左的匀强电场E=4V/m,垂直纸面向里的匀强磁场B=2T,质量m=1g的带正电的小物块A,从M点沿绝缘粗糙的竖直壁无初速度滑下,滑行0.8m到N点时离开竖直壁做曲线运动,在P点时小物块A瞬时受力平衡,此时速度与水平方向成450,若P与N的高度差为0.8m,求

（1）A沿壁下滑过程中摩擦力所做的功

（2）P与N的水平距离,题型4.回旋加速器问题,例.已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度B=1.5T,D形盒的半径为R=60cm,两盒间隙d=1.0cm,两盒间电压U=2.0104V,今将a粒子从近于间隙中心某点向D形盒内以近似于零的初速度,垂直于半径的方向射入,求粒子在加速器内运动的时间?