帶電粒子再復(fù)合場中的運動課件

帶電粒子在復(fù)合場中的運動2004年名師課堂輔導(dǎo)講座—高中部分黃靜中級教師帶電粒子再復(fù)合場中的運動復(fù)習(xí)目標(biāo)：1、掌握帶電粒子（帶電體）在復(fù)合場中的受力情況，能準(zhǔn)確地分析帶電粒子（帶電體）的運動狀態(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)的構(gòu)造和工作原理，能熟練解答相關(guān)問題。2、能熟練運用動力學(xué)觀點，動量觀點以及能量觀點來分析和解決帶電粒子（或帶電體）在復(fù)合場中運動的有關(guān)問題。帶電粒子再復(fù)合場中的運動基本知識回顧：1、速度選擇器構(gòu)造如圖所示：＋帶電粒子再復(fù)合場中的運動帶電粒子再復(fù)合場中的運動特點：（1）任何一個存在正交電場和磁場的空間都可看作速度選擇器。（2）速度選擇器只選擇速度大小而不選擇粒子的種類。既只要，粒子就能沿直線勻速通過選擇器，而與粒子的電性、電量、質(zhì)量無關(guān)。（不計重力）V=EB帶電粒子再復(fù)合場中的運動（3）對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，出口在右端，若帶電粒子從右端射入時，由于洛侖茲力和電場力同向，粒子必發(fā)生偏轉(zhuǎn)。帶電粒子再復(fù)合場中的運動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)分離磁場兩部分組成。圖示質(zhì)譜儀在先對離子束進(jìn)行速度選擇后，相同速率的不同離子在右側(cè)的偏轉(zhuǎn)磁場中B'做勻速圓周運動，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，由此可以用來測定帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素。q帶電粒子再復(fù)合場中的運動3、回旋加速器回旋加速器是利用帶電粒子在電場中的加速和帶電粒子在磁場中做圓周運動特點，使帶電粒子在磁場中改變運動方向，然后，勻速進(jìn)入電場中加速，使帶電粒子在回旋過程中逐漸加速。01113335550222444'''''''～f°°帶電粒子再復(fù)合場中的運動（1）帶電粒子在回旋加速器D形盒之間被加速，在磁場中做相應(yīng)軌道半徑的圓周運動。（2）加速條件：交變電壓的周期和粒子做圓周運動的周期相等。01113335550222444'''''''～f°°帶電粒子再復(fù)合場中的運動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，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ρ，噴入氣體速度為V，板間磁場的磁感強(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，A、B板上聚焦的電荷最多，板間電勢差最大，即為電源電動勢，此時離子受力平衡：帶電粒子再復(fù)合場中的運動E場q=BqV，E場=BV電動勢E=E場L=BLVLSρ電源內(nèi)電阻r=R中電流I=ER＋r=BLVρR＋LSBLVSRS＋ρL=帶電粒子再復(fù)合場中的運動[例1]如圖所示，套在很長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，將此棒豎直放在互相垂直，且沿水平方向的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中，電場強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，小球與棒的動摩擦因數(shù)為μ，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＋××××××BmgfBqVEqN＋××××××EB帶電粒子再復(fù)合場中的運動mgfBqVEqN＋××××××EB由牛頓第二定律得豎直方向：mg-f=ma水平方向：N=Eq＋BqVf=μNa=mg-μ（qE＋qVB）m當(dāng)V=0時，a最大=mg-μqEm=g-μqEm當(dāng)a=0時，V最大=mgμqB-EB帶電粒子再復(fù)合場中的運動總結(jié)：帶電物體在復(fù)合場中做變速直線運動時，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（或磁場）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？思考：（1）若小球帶電量為-q時，其下落的最大速度和最大加速度又什么？帶電粒子再復(fù)合場中的運動[例2]如圖所示，質(zhì)量為0.04g的帶有正電荷q為10-4C的小球用長度為0.2m的絲線懸掛在勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0.5T，方向指向紙內(nèi)，小球在磁場內(nèi)做擺動，當(dāng)它到達(dá)最高點A時，絲線偏離豎直方向30°角，試問：（1）小球在A點時受到哪幾個力的作用？ACDθθ××××××××××××解析：小球在A點時受到兩個力作用，即重力mg和絲線拉力T。帶電粒子再復(fù)合場中的運動（2）小球向右經(jīng)過最低點C時，絲線受力的大小和方向如何？解：小球從A點運動到C點時，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T＋f-mg=mv2L代入數(shù)據(jù)得:T=4.7×10-4(N)V=2gL（1-cosθ)上式中速度V可由機(jī)械能守恒定律解得mv2LT=＋mg-BqV則:ACDθθ××××××××××××mgTf帶電粒子再復(fù)合場中的運動（3）小球向左經(jīng)過最低點C時，絲線受力的大小和方向如何？解:小球從D點運動到C點時速度與從A點運動到C點時大小相同，此時，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mv2LT'-f-mg=代入數(shù)據(jù)得T'=5.4×10-4（N）mv2LT'=＋mg＋BqV即ACDθθ××××××××××××mgfT'帶電粒子再復(fù)合場中的運動

練習(xí)1：一如圖所示虛線所圍的區(qū)域內(nèi)，存在電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場和磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，已知從左方水平射入的電子，穿過這區(qū)域時未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，設(shè)重力忽略不計，則在這個區(qū)域中的E和B的方向可能是（）A、E和B都沿水平方向，并與電子運動方向相同B、E和B都沿水平方向，并與電子運動方向相反eEBC、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帶電粒子再復(fù)合場中的運動

練習(xí)2：設(shè)空間存在著豎直向下的勻強(qiáng)電場和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，如圖所示，已知一離子在電場力和洛侖茲力的作用下，從靜止開始自a點沿曲線acb運動，到達(dá)b時速度恰為零，c點是運動軌跡的最低點，不計重力，以下說法錯誤的是（）A、離子必帶正電荷B、a點和b點位于同一高度C、離子經(jīng)c點時速度最大D、離子到b點后，將沿原路返回a點×××××××××＋＋＋＋----帶電粒子再復(fù)合場中的運動×××××××××＋＋＋＋----Eqf

練習(xí)2：設(shè)空間存在著豎直向下的勻強(qiáng)電場和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，如圖所示，已知一離子在電場力和洛侖茲力的作用下，從靜止開始自a點沿曲線acb運動，到達(dá)b時速度恰為零，c點是運動軌跡的最低點，不計重力，以下說法錯誤的是（）A、離子必帶正電荷B、a點和b點位于同一高度C、離子經(jīng)c點時速度最大D、離子到b點后，將沿原路返回a點D帶電粒子再復(fù)合場中的運動

練習(xí)3：場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場和磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場正交，如圖所示，一質(zhì)量為m的帶電粒子，在垂直于磁場方向的平面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運動，設(shè)重力加速度為g，則下列說法正確的是（）B、粒子順時針方向轉(zhuǎn)動D、粒子的機(jī)械能守恒A、粒子帶負(fù)電，且q=mgEC、粒子速度大小為V=BRgE××××××EB帶電粒子再復(fù)合場中的運動××××××EBmgEq-BqVv粒子做勻速圓周運動，受力分析如圖所示：所以粒子必需帶負(fù)電。mg=Eq∴q=mgE由于粒子做勻速圓周運動，則有f=BqV=mV2R∴V=BRgE除重力做功之外，還有電場力做功，因此粒子的機(jī)械能不守恒。帶電粒子再復(fù)合場中的運動

練習(xí)3：場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場和磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場正交，如圖所示，一質(zhì)量為m的帶電粒子，在垂直于磁場方向的平面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運動，設(shè)重力加速度為g，則下列說法正確的是（）B、粒子順時針方向轉(zhuǎn)動D、粒子的機(jī)械能守恒A、粒子帶負(fù)電，且q=mgEC、粒子速度大小為V=BRgE××××××EBABC帶電粒子再復(fù)合場中的運動

練習(xí)4：有一束正粒子，先后通過區(qū)域Ⅰ和Ⅱ，區(qū)域Ⅰ中有相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，如圖所示，如果這束正離子（不計重力）通過區(qū)域Ⅰ時，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則說明它們的——————是相同的，若進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ后，這束正離子的軌跡也是相同，則說明它們的——————相同?！痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢立瘼蛩俣群少|(zhì)比∵Eq=qVB∴V=EB又∵R=mvBq∴荷質(zhì)比相同帶電粒子再復(fù)合場中的運動

練習(xí)5：如圖所示，在x軸上方有勻強(qiáng)磁場，磁感強(qiáng)度為B，下方有場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場，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，它與點0的距離為L。求此粒子射出時的速度和運動的總路程S（重力不計）××××××××BExy0解析：粒子在磁場中的運動為勻速圓周運動，在電場中的運動為勻變速直線運動。畫出粒子運動的過程如圖所示：帶電粒子再復(fù)合場中的運動LRy由圖可知粒子在磁場中運動半個周期后第一次通過x軸進(jìn)入電場，做勻減速運動至速度為零，再反向做勻加速直線運動，以原來的速度大小反方向進(jìn)入磁場。這就是第二次進(jìn)入磁場，接著粒子在磁場中做圓周運動，半個周期后第三次通過x軸。帶電粒子再復(fù)合場中的運動LRy由圖可知R=4L在磁場中：f洛=f向BqV=mv2R即