带电子在复合场中运动ppt课件

1、2019年名师课堂辅导讲座年名师课堂辅导讲座高中部分高中部分复习目的：复习目的：1、掌握带电粒子带电体在复合场中、掌握带电粒子带电体在复合场中的受力情况，能准确地分析带电粒子带的受力情况，能准确地分析带电粒子带电体的运动形状及其变化过程。电体的运动形状及其变化过程。3、了解速度选择器，质谱仪、盘旋加速器、了解速度选择器，质谱仪、盘旋加速器、磁流体发电机的构造和任务原理，能熟练磁流体发电机的构造和任务原理，能熟练解答相关问题。解答相关问题。2、能熟练运用动力学观念，动量观念以、能熟练运用动力学观念，动量观念以及能量观念来分析和处理带电粒子或带及能量观念来分析和处理带电粒子或带电体在复合场中运动的

2、有关问题。电体在复合场中运动的有关问题。根本知识回想：根本知识回想：1、速度选择器、速度选择器构造如下图：构造如下图：特点：特点：1任何一个存在正交电场和磁场的空间任何一个存在正交电场和磁场的空间都可看作速度选择器。都可看作速度选择器。2速度选择器只选择速度大小而不选择速度选择器只选择速度大小而不选择粒子的种类。既只需粒子的种类。既只需 ，粒子就能沿，粒子就能沿直线匀速经过选择器，而与粒子的电性、直线匀速经过选择器，而与粒子的电性、电量、质量无关。不计重力电量、质量无关。不计重力V=EB3对某一确定的速度选择器，在如下图对某一确定的速度选择器，在如下图速度选择器，入口在左端，出口在右端，速度选

3、择器，入口在左端，出口在右端，假设带电粒子从右端射入时，由于洛仑兹假设带电粒子从右端射入时，由于洛仑兹力和电场力同向，粒子必发生偏转。力和电场力同向，粒子必发生偏转。2、质谱仪、质谱仪构造如下图：构造如下图：质谱仪由速度选择器质谱仪由速度选择器和和MN板右侧的偏转分板右侧的偏转分别磁场两部分组成。别磁场两部分组成。图示质谱仪在先对离图示质谱仪在先对离子束进展速度选择后，子束进展速度选择后，一样速率的不同离子在右侧的偏转磁场中一样速率的不同离子在右侧的偏转磁场中B做匀速圆周运动，不同荷质比的离子轨道半做匀速圆周运动，不同荷质比的离子轨道半径不同，将落在径不同，将落在MN板的不同位置，由此可板的不

4、同位置，由此可以用来测定带电粒子的质量和分析同位素。以用来测定带电粒子的质量和分析同位素。q3、盘旋加速器、盘旋加速器盘旋加速器是利用盘旋加速器是利用带电粒子在电场中带电粒子在电场中的加速和带电粒子的加速和带电粒子 在磁场中做圆周运在磁场中做圆周运动特点，使带电粒动特点，使带电粒子在磁场中改动运动方向，然后子在磁场中改动运动方向，然后 ，匀速，匀速进入电场中加速，使带电粒子在盘旋过程进入电场中加速，使带电粒子在盘旋过程中逐渐加速。中逐渐加速。01113335550222444f1带电粒子在盘旋加速器带电粒子在盘旋加速器D形盒之间被加形盒之间被加速，在磁场中做相应轨道半径的圆周运动。速，在磁场中

5、做相应轨道半径的圆周运动。2加速条件：交变电压的周期和粒子做圆加速条件：交变电压的周期和粒子做圆周运动的周期相等。周运动的周期相等。01113335550222444f4、磁流体发电机、磁流体发电机如图是磁流体发电机，其原理如图是磁流体发电机，其原理是：等离子气体喷入磁场，正、是：等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛仑兹力作用下发生负离子在洛仑兹力作用下发生偏转而聚集到偏转而聚集到A、B板上，产板上，产生电势差，设生电势差，设A、B平行金属板的面积为平行金属板的面积为S，相距相距L，等离子体的电阻率为，等离子体的电阻率为，喷入气体速，喷入气体速度为度为V，板间磁场的磁感强度为，板间磁场的磁感强度

6、为B，板外电阻，板外电阻为为R，当等离子气体匀速经过，当等离子气体匀速经过A、B板间时，板间时，A、B板上聚焦的电荷最多，板间电势差最大，板上聚焦的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动势，此时离子受力平衡：即为电源电动势，此时离子受力平衡：E 场场q=BqV，E场场=BV电动势电动势E= E场场L=BLVLS电源内电阻电源内电阻r=R中电流中电流I=ERr=BLVR LSBLVSRS L=例例1如下图，套在很长的绝缘直棒上的小如下图，套在很长的绝缘直棒上的小球，其质量为球，其质量为m，带电量为，带电量为q，小球可在，小球可在棒上滑动，将此棒竖直放在相互垂直，且沿棒上滑动，将此棒竖直放在相互垂

7、直，且沿程度方向的匀强电场和匀强磁场中，电场强程度方向的匀强电场和匀强磁场中，电场强度为度为E，磁感应强度为，磁感应强度为B，小球与棒的动摩，小球与棒的动摩擦因数为擦因数为，求小球由静止沿棒下落的最大，求小球由静止沿棒下落的最大加速度和最大速度？设小球电量不变加速度和最大速度？设小球电量不变EBmgfBqVEqNEBmgfBqVEqNEB由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得竖直方向：竖直方向：mg-f=ma程度方向：程度方向：N=EqBqVf=Na=mg-qE qVBm当当V=0时，时，a最大最大=mg- qEm=g-qEm当当a=0时，时，V最大最大=mgqB-EB总结：总结：带电物体在复合场中

8、做变速直线运动时，带带电物体在复合场中做变速直线运动时，带电物体所受的洛仑兹力的大小不断变化，而电物体所受的洛仑兹力的大小不断变化，而洛仑兹力的变化往往引起其他力的变化，从洛仑兹力的变化往往引起其他力的变化，从而导致加速度不断变化。而导致加速度不断变化。2只将电场或磁场反向，而强弱不变，只将电场或磁场反向，而强弱不变，小球的最大加速度和最终速度又将怎样？小球的最大加速度和最终速度又将怎样？思索：思索：1假设小球带电量为假设小球带电量为-q时，其下落的最大时，其下落的最大速度和最大加速度又什么？速度和最大加速度又什么？ 例例2如下图，质量为如下图，质量为0.04g的带有正的带有正电荷电荷q为为1

9、0-4C的小球用长度为的小球用长度为0.2m的丝的丝线悬挂在匀强磁场中，磁感应强度线悬挂在匀强磁场中，磁感应强度B为为0.5T，方向指向纸内，小球在磁场内做，方向指向纸内，小球在磁场内做摆动，当它到达最高点摆动，当它到达最高点A时，丝线偏离时，丝线偏离竖直方向竖直方向30角，试问：角，试问：1小球在小球在A点时遭到哪几点时遭到哪几个力的作用？个力的作用？ACD 解析：小球在解析：小球在A点时遭到两点时遭到两个力作用，即重力个力作用，即重力mg和丝线和丝线拉力拉力T。2小球向右经过最低点小球向右经过最低点C时，丝线受力的大小和方向如时，丝线受力的大小和方向如何？何？解：小球从解：小球从A点运动到

10、点运动到C点时，点时，遭到的力有重力遭到的力有重力mg、丝线拉、丝线拉力力T、洛仑兹力、洛仑兹力f，其合力为向，其合力为向心力，即心力，即 Tf-mg=mv2L代入数据得代入数据得:T=4.710-4(N)V= 2gL1-cos)上式中速度上式中速度V可由机械能守恒定律解得可由机械能守恒定律解得mv2LT= mg-BqV那么那么:ACD mgTf3小球向左经过最低点小球向左经过最低点C时，时，丝线受力的大小和方向如何？丝线受力的大小和方向如何？解解:小球从小球从D点运动到点运动到C点时点时速度与从速度与从A点运动到点运动到C点时大点时大小一样，此时，小球遭到的小一样，此时，小球遭到的力有重力力

11、有重力mg、绳子拉力、绳子拉力T，洛仑兹力洛仑兹力f，其合力为向心力，其合力为向心力，那么那么mv2LT -f-mg=代入数据得代入数据得T=5.410-4Nmv2LT = mg BqV即即ACD mgfT 练习练习1：一：一 如下图虚线所围的区域内，如下图虚线所围的区域内，存在电场强度为存在电场强度为E的匀强电场和磁感应强度为的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场，知从左方程度射入的电子，穿的匀强磁场，知从左方程度射入的电子，穿过这区域时未发生偏转，设重力忽略不计，过这区域时未发生偏转，设重力忽略不计，那么在这个区域中的那么在这个区域中的E和和B的方向能够是的方向能够是 A、E和和B都沿程度方

12、向，都沿程度方向，并与电子运动方向一样并与电子运动方向一样B、E和和B都沿程度方向，都沿程度方向，并与电子运动方向相反并与电子运动方向相反eE BC、E竖直向上竖直向上B垂垂直纸面向外直纸面向外D、E竖直向上竖直向上B垂垂直纸面向里直纸面向里ABC 练习练习2：设空间存在着竖直向下的匀强：设空间存在着竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，如下图，电场和垂直纸面向里的匀强磁场，如下图，知一离子在电场力和洛仑兹力的作用下，知一离子在电场力和洛仑兹力的作用下，从静止开场自从静止开场自a点沿曲线点沿曲线acb运动，到达运动，到达b时时速度恰为零，速度恰为零，c点是运动轨迹的最低点，不点是运动轨迹

13、的最低点，不计重力，以下说法错误的选项是计重力，以下说法错误的选项是 A、离子必带正电荷、离子必带正电荷B、a点和点和b点位于同一高度点位于同一高度C、离子经、离子经c点时速度最大点时速度最大D、离子到、离子到b点后，将沿原点后，将沿原路前往路前往a点点-Eqf 练习练习2：设空间存在着竖直向下的匀：设空间存在着竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，如下强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，如下图，知一离子在电场力和洛仑兹力的作用图，知一离子在电场力和洛仑兹力的作用下，从静止开场自下，从静止开场自a点沿曲线点沿曲线acb运动，到运动，到达达b时速度恰为零，时速度恰为零，c点是运动轨迹的最低点是

14、运动轨迹的最低点，不计重力，以下说法错误的选项是点，不计重力，以下说法错误的选项是 A、离子必带正电荷、离子必带正电荷B、a点和点和b点位于同一高度点位于同一高度C、离子经、离子经c点时速度最大点时速度最大D、离子到、离子到b点后，将沿原点后，将沿原路前往路前往a点点D 练习练习3：场强为：场强为E的匀强电场和磁感强的匀强电场和磁感强度为度为B的匀强磁场正交，如下图，一质量为的匀强磁场正交，如下图，一质量为m的带电粒子，在垂直于磁场方向的平面内的带电粒子，在垂直于磁场方向的平面内做半径为做半径为R的匀速圆周运动，设重力加速度的匀速圆周运动，设重力加速度为为g，那么以下说法正确的选项是，那么以下

15、说法正确的选项是 B、粒子顺时针方向转动、粒子顺时针方向转动D、粒子的机械能守恒、粒子的机械能守恒A、粒子带负电，且、粒子带负电，且q=mgEC、粒子速度大小为、粒子速度大小为V=BRgEEBEBmgEq-BqVv粒子做匀速圆周运动，受力分析粒子做匀速圆周运动，受力分析如下图：所以粒子必需带负电。如下图：所以粒子必需带负电。mg=Eq q=mgE由于粒子做匀速圆周运动，那么由于粒子做匀速圆周运动，那么有有f=BqV=mV2R V=BRgE除重力做功之外，还有电场力做功，除重力做功之外，还有电场力做功，因此粒子的机械能不守恒。因此粒子的机械能不守恒。 练习练习3：场强为：场强为E的匀强电场和磁感

16、强的匀强电场和磁感强度为度为B的匀强磁场正交，如下图，一质量为的匀强磁场正交，如下图，一质量为m的带电粒子，在垂直于磁场方向的平面内的带电粒子，在垂直于磁场方向的平面内做半径为做半径为R的匀速圆周运动，设重力加速度的匀速圆周运动，设重力加速度为为g，那么以下说法正确的选项是，那么以下说法正确的选项是 B、粒子顺时针方向转动、粒子顺时针方向转动D、粒子的机械能守恒、粒子的机械能守恒A、粒子带负电，且、粒子带负电，且q=mgEC、粒子速度大小为、粒子速度大小为V=BRgEEBABC 练习练习4：有一束正粒子，先后经过区：有一束正粒子，先后经过区域域和和，区域，区域中有相互垂直的匀强电中有相互垂直的

17、匀强电场和匀强磁场，如下图，假设这束正离子场和匀强磁场，如下图，假设这束正离子不计重力经过区域不计重力经过区域时，不发生偏转，时，不发生偏转，那么阐明它们的那么阐明它们的是一样的，是一样的，假设进入区域假设进入区域后，这束正离子的轨迹也后，这束正离子的轨迹也是一样，那么阐明它们的是一样，那么阐明它们的一一样。样。速度速度荷质比荷质比Eq=qVBV=EB又又R=mvBq荷质比一样荷质比一样 练习练习5：如下图，在：如下图，在x轴上方有匀强磁场，轴上方有匀强磁场，磁感强度为磁感强度为B，下方有场强为，下方有场强为E的匀强电场，的匀强电场，有一质量为有一质量为m，带电量，带电量q为的粒子，从坐标为的

18、粒子，从坐标0沿着沿着y轴正方向射出。射出之后，第轴正方向射出。射出之后，第3次到达次到达x轴时，它与点轴时，它与点0的间隔为的间隔为L。求此粒子射出。求此粒子射出时的速度和运动的总路程时的速度和运动的总路程S重力不计重力不计BExy0解析：粒子在磁场中的运解析：粒子在磁场中的运动为匀速圆周运动，在电动为匀速圆周运动，在电场中的运动为匀变速直线场中的运动为匀变速直线运动。画出粒子运动的过运动。画出粒子运动的过程如下图：程如下图：LRy由图可知粒子在磁由图可知粒子在磁场中运动半个周期场中运动半个周期后第一次经过后第一次经过x轴进轴进入电场，做匀减速入电场，做匀减速运动至速度为零，再反向做匀加速直线运动，运动至速度为零，再反向做匀加速直线运动，以原来的速度大小反方向进入磁场。这就是以原来的速度大小反方向进入磁场。这就是