第八章第3单元复合场中带电粒子的运动ppt课件

1、一、复合场一、复合场1定义：复合场是指定义：复合场是指 、 、 并存，或其并存，或其 中某两种场并存，或分区域存在中某两种场并存，或分区域存在电场电场磁场磁场重力场重力场力的特点力的特点功和能的特点功和能的特点重重力力场场大小：大小：G方向：方向：重力做功与路径重力做功与路径 重力做功改变物体的重力做功改变物体的静静电电场场大小：大小：F方向：正电荷受力方向与场方向：正电荷受力方向与场强方向强方向 ；负电荷受力；负电荷受力方向与场强方向方向与场强方向电场力做功与路径电场力做功与路径 WqU电场力做功改变电荷电场力做功改变电荷的的磁磁场场洛伦兹力洛伦兹力F 方向方向符合左手定则符合左手定则洛伦兹

2、力不做功，不洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的改变带电粒子的2三种场的比较三种场的比较mg竖直向下竖直向下无关无关重力势能重力势能qE一样一样相反相反无关无关电势能电势能动能动能qvBsin(1)当带电粒子所受合力为零时，将处于当带电粒子所受合力为零时，将处于 或或 形状形状(2)当当 提供向心力，其余各力的合力为零时，带电粒提供向心力，其余各力的合力为零时，带电粒子做匀速圆周运动子做匀速圆周运动(3)当带电粒子所受合力大小与方向均变化时，将做非匀变速当带电粒子所受合力大小与方向均变化时，将做非匀变速 曲线运动这类问题一般只能用能量关系来处理曲线运动这类问题一般只能用能量关系来处理3带电粒子在复

3、合场中运动的几种情况带电粒子在复合场中运动的几种情况静止静止匀速直线运动匀速直线运动洛伦兹力洛伦兹力 分析带电粒子在复合场中的运动时，必分析带电粒子在复合场中的运动时，必须同时考虑各场的作用，全面正确地分析带电粒子的受须同时考虑各场的作用，全面正确地分析带电粒子的受力和运动特征，尤其是洛伦兹力会随粒子运动状态的改力和运动特征，尤其是洛伦兹力会随粒子运动状态的改变而变化变而变化二、带电粒子在复合场中运动的典型应用二、带电粒子在复合场中运动的典型应用 带电粒子在复合场中运动的重要应用，常见以下几种带电粒子在复合场中运动的重要应用，常见以下几种情况情况1速度选择器速度选择器(如图如图831所示所示)

4、 (1)平行板中电场强度平行板中电场强度E和磁感应强度和磁感应强度B互相互相 这种这种 装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度 选择器选择器 (2)带电粒子能够匀速沿直线带电粒子能够匀速沿直线 通过速度选择器的条件是通过速度选择器的条件是 ，即，即v .垂直垂直qEqvB图图 8312回旋加速器回旋加速器 (1)基本构造：回旋加速器的核心部分是放置在磁场中的两基本构造：回旋加速器的核心部分是放置在磁场中的两 个个D形的金属扁盒形的金属扁盒(如图如图832所示所示)，其基本组成为：，其基本组成为： 粒子源，两个粒子源，两个D形金属盒，匀强

5、磁场，高频电形金属盒，匀强磁场，高频电 源，粒子引出装置源，粒子引出装置(2)工作原理工作原理 电场加速电场加速qUEk. 磁场约束偏转磁场约束偏转 r. 加速条件：高频电源的周期与带电粒子在加速条件：高频电源的周期与带电粒子在D形盒中运动形盒中运动 的周期的周期 ，即，即T电场电场T回旋回旋 .一样一样3磁流体发电机磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把磁流体发电是一项新兴技术，它可以把 直接转直接转 化为化为 (2)根据左手定则，如图根据左手定则，如图833 中的中的B是发电机是发电机 (3)磁流体发电机两极板间的距离为磁流体发电机两极板间的距离为 d，等离子体速度为，等离子

6、体速度为v，磁场的磁，磁场的磁 感应强度为感应强度为B，则两极板间能达，则两极板间能达 到的最大电势差到的最大电势差U .物体的内能物体的内能电能电能正极正极Bvd图图8334电磁流量计电磁流量计 工作原理：如图工作原理：如图834所示，圆形导管直径为所示，圆形导管直径为d，用非，用非 磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中 的自由电荷的自由电荷(正、负离子正、负离子)在洛伦兹力的作用下横向偏在洛伦兹力的作用下横向偏 转，转，a、b间出现电势差，形成电场间出现电势差，形成电场 当自由电荷所受的当自由电荷所受的 和和 平衡时，平衡时，a、

7、b间的电势差就保持稳定，间的电势差就保持稳定， 即：即：qvBqE ，所以，所以v ， 因此液体流量因此液体流量电场力电场力洛伦兹力洛伦兹力5质谱仪质谱仪(1)用途：质谱仪是一种测量带电粒子质量和分离用途：质谱仪是一种测量带电粒子质量和分离 的的 仪器仪器(2)原理：如图原理：如图835所示，离子源所示，离子源A产生质量为产生质量为m、电荷、电荷 量为量为q的正离子的正离子(所受重力不计所受重力不计)离子出来时速度很小离子出来时速度很小(可可 忽略不计忽略不计)，经过电压为，经过电压为U的电场加速后进入磁感应强度的电场加速后进入磁感应强度 为为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期到达记的

8、匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期到达记 录它的照相底片录它的照相底片D上，测得它在上，测得它在D上的位置到入口处的距上的位置到入口处的距 离为离为L，那么，那么 联立联立求求 解得解得m同位素同位素因此，只要知道因此，只要知道q、B、L与与U，就可计算出带电粒子的质量，就可计算出带电粒子的质量m.又因又因mL2，不同质量的同位素从不同处可得到分离，故质，不同质量的同位素从不同处可得到分离，故质谱仪又是分离同位素的重要仪器谱仪又是分离同位素的重要仪器6霍尔效应霍尔效应 在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当 与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流

9、方向都垂直的方与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方 向上出现了向上出现了 ，这个现象称为霍尔效应所产生的，这个现象称为霍尔效应所产生的 电势差称为霍尔电势差，电势差称为霍尔电势差， 其原理如图其原理如图836所示所示磁场方向磁场方向电势差电势差1.带电粒子在匀强电场、匀强磁场中可能的运动性质带电粒子在匀强电场、匀强磁场中可能的运动性质在场强为在场强为E的匀强电场中的匀强电场中在磁感应强度为在磁感应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中初速度为初速度为零零做初速度为零的匀加速直线运动做初速度为零的匀加速直线运动保持静止保持静止初速度平初速度平行场线行场线做匀变速直线运动做匀变速直线运动做

10、匀速直线运动做匀速直线运动初速度垂初速度垂直场线直场线做匀变速曲线运动做匀变速曲线运动(类平抛运动类平抛运动)做匀速圆周运动做匀速圆周运动特点特点受恒力作用，做匀变速运动受恒力作用，做匀变速运动洛伦兹力不做功，洛伦兹力不做功，动能不变动能不变2“电偏转和电偏转和“磁偏转的比较磁偏转的比较受力受力特征特征v垂直于垂直于B时，时，FBqvBv不垂直于不垂直于B时，时，FBqvB，FB为变力，只改为变力，只改变变v的方向的方向无论无论v是否与是否与E垂直，垂直，FEqE，FE为恒力为恒力运动运动规律规律圆周运动圆周运动(vB) 类平抛运动类平抛运动(vE)vxv0，vyxv0t，y磁偏转磁偏转电偏转

11、电偏转磁偏转磁偏转电偏转电偏转偏转偏转情况情况若没有磁场边界限制，粒子若没有磁场边界限制，粒子所能偏转的角度不受限制所能偏转的角度不受限制vE，偏转角，偏转角EGaGb，故选项，故选项C正确正确答案：答案：C5(2019池州模拟池州模拟)某塑料球成型机工作时，可以喷出速度某塑料球成型机工作时，可以喷出速度v0 10 m/s的塑料小球，已知喷出小球的质量的塑料小球，已知喷出小球的质量m1.0104 kg，并且在喷出时已带了，并且在喷出时已带了q1.0104C的负电荷，如图的负电荷，如图8 316所示，小球从喷口飞出后，先滑过长所示，小球从喷口飞出后，先滑过长d1.5 m的水的水 平光滑的绝缘轨道

12、，而后又经过半径平光滑的绝缘轨道，而后又经过半径R0.4 m的圆弧形竖的圆弧形竖 立的光滑绝缘轨道，今在水平轨道上加上水平向右的电场立的光滑绝缘轨道，今在水平轨道上加上水平向右的电场 强度为强度为E的匀强电场，小球恰好从圆形轨道的最高点的匀强电场，小球恰好从圆形轨道的最高点M处水处水 平飞出；若再在圆形轨道区域加上垂直于纸面向里的匀强平飞出；若再在圆形轨道区域加上垂直于纸面向里的匀强 磁场，小球则恰好从圆形轨道上与圆心等高的磁场，小球则恰好从圆形轨道上与圆心等高的N点脱离轨点脱离轨 道落入放在地面上接地良好的金属容器内，道落入放在地面上接地良好的金属容器内，g10 m/s2，求：，求：图图8316(1)所加电场的电场强度所加电场的电场强度E；(2)所加磁场的磁感应强度所加磁场的磁感应强度B.解析：解析：(1)设小球在设小球在M点的速率为点的速率为v1，只加电场时对小球在，只加电场时对小球在M点由牛顿第二定律得：点