《高中物理第五節(jié)《帶電粒子在復合場中的運動》》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《高中物理第五節(jié)《帶電粒子在復合場中的運動》(25頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、帶電粒子在復合場中的運動,復習目標:,1、掌握帶電粒子(帶電體)在復合場中的受力情況,能準確地分析帶電粒子(帶電體)的運動狀態(tài)及其變化過程。,3、理解速度選擇器,質譜儀、回旋加速器、磁流體發(fā)電機的構造和工作原理,能熟練解答相關問題。,2、能熟練運用動力學觀點、能量觀點來分析和解決帶電粒子(或帶電體)在復合場中運動的有關問題。,基本知識回顧:,1、速度選擇器,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。,(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。,2、質譜儀,構造如圖所示:,
2、質譜儀由速度選擇器和MN板右側的偏轉分離磁場兩部分組成。圖示質譜儀在先對離子束進行速度選擇后,,相同速率的不同離子在右側的偏轉磁場中B做勻速圓周運動,不同荷質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量和分析同位素。,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 ,勻速進入電場中加速,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,在磁場中做相應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。,例1如圖所示,套在很長的
3、絕緣直棒上的小球,其質量為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電場和勻強磁場中,電場強度為E,磁感應強度為B,小球與棒的動摩擦因數(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:,帶電物體在復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,從而導致加速度不斷變化。,(2)只將電場(或磁場)反向,而強弱不變,小球的最大加速度和最終速度又將怎樣?,例2如圖所示,質量為0.04g的帶有正電荷q為10-4
4、C的小球用長度為0.2m的絲線懸掛在勻強磁場中,磁感應強度B為0.5T,方向指向紙內,小球在磁場內做擺動,當它到達最高點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?,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。,(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,代入數(shù)據(jù)得:T=4.710-4(N),(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
5、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(N),練習1:一 如圖所示虛線所圍的區(qū)域內,存在電場強度為E的勻強電場和磁感應強度為B的勻強磁場,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,設重力忽略不計,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,,,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2:設空間存在著豎直向下的勻強電場和垂直紙面向里的勻強磁場,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
6、達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( ),練習2:設空間存在著豎直向下的勻強電場和垂直紙面向里的勻強磁場,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( ),D,練習3:場強為E的勻強電場和磁感強度為B的勻強磁場正交,如圖所示,一質量為m的帶電粒子,在垂直于磁場方向的平面內做半徑為R的勻速圓周運動,設重力加速度為g,則下列說法正確的是( ),粒子做勻速圓周運動,受力分析如圖所示:所以粒子必需帶負電。,除重力做功之外,還有電場力做功,因此粒子的機械能
7、不守恒。,練習3:場強為E的勻強電場和磁感強度為B的勻強磁場正交,如圖所示,一質量為m的帶電粒子,在垂直于磁場方向的平面內做半徑為R的勻速圓周運動,設重力加速度為g,則下列說法正確的是( ),ABC,練習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電場和勻強磁場,如圖所示,如果這束正離子(不計重力)通過區(qū)域時,不發(fā)生偏轉,則說明它們的是相同的,若進入?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,荷質比,練習5:如圖所示,在x軸上方有勻強磁場,磁感強度為B,下方有場強為E的勻強電場,有一質量為m,帶電量q為的粒子,從坐標0沿著y軸正方向射出。射出之后,第3次到達x軸
8、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),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:,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入磁場。這就是第二次進入磁場,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。,粒子在電場中每一次的最大位移設為y,,第3次到達軸時,粒子運動的總路程為一個周期和兩個位移的長度之和:,,【練習6】如圖11-5-11所示,質量為m、帶電量為q的小球,在傾角為的光滑斜面上由靜止下滑,勻強磁場的感應強度為B,方向垂直紙面向外,若帶電小球下滑后某時刻對斜面的作用力恰好為0,問:小球所帶電 荷的性質如何?此時 小球的下滑速度和 下滑位移各是多大?,