第3讲 带电粒子在复合场中的运动.doc

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1、第3讲　带电粒子在复合场中的运动(对应学生用书第146页)带电粒子在复合场中的运动1.组合场与复合场(1)组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并互不重叠，或在同一区域，但交替出现的情况．(2)复合场：电场与磁场在某一区域并存或电场、磁场和重力场在某一区域并存的情况．2．三种场的不同点力的特点功和能的特点重力场(1)大小G＝mg(2)方向竖直向下(1)重力做功和路径无关(2)重力做功改变物体的重力势能，重力做正功，重力势能减小静电场(1)大小：F＝qE(2)方向：正电荷受力方向和电场强度方向相同，负电荷受力方向和电场强度方向相反(1)电场力做功和路径无关(2

2、)电场力做功改变系统的电势能，电场力做正功，电势能减小磁场(1)洛伦兹力：f＝qvB(2)方向：左手定则判定洛伦兹力不做功，不改变粒子的动能3.带电粒子在复合场中的运动分类(1)静止或匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于静止状态或匀速直线运动状态．(2)匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小相等，方向相反时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动．(3)较复杂的曲线运动当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一条直线上，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线．

3、(4)分阶段运动带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域，其运动情况随区域发生变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成．【针对训练】1.图8－3－1如图8－3－1所示，水平放置的平行金属板a、b带有等量正负电荷，a板带正电，两板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带正电的粒子在两板间做直线运动，粒子的重力不计．关于粒子在两板间运动的情况，正确的是(　　)A．可能向右做匀加速直线运动B．可能向左做匀加速直线运动C．只能是向右做匀速直线运动D．只能是向左做匀速直线运动【解析】　经受力分析可知电场力向下，洛伦兹力必向上，则速度向右；洛伦兹力与速度大小有关，因此只

4、能为匀速直线运动．【答案】　C质谱仪和回旋加速器1.质谱仪(1)构造：如图8－3－2所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等组成．图8－3－2(2)原理：粒子由静止在加速电场中被加速，根据动能定理qU＝mv2可知进入磁场的速度v＝.粒子在磁场中受洛伦兹力偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，qBv＝.由以上几式可得出需要研究的物理量，如：粒子轨迹半径、粒子质量、比荷等．2.图8－3－3回旋加速器(1)构造：如图8－3－3所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源．D形盒处于匀强磁场中．(2)原理：交变电流的周期和粒子做圆周运动的周期相等，

5、粒子在做圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速．由qvB＝，得Ekm＝，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径R决定，与加速电压无关．【针对训练】2．1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图8－3－4所示．这台加速器由两个铜质D形盒构成，其间留有空隙．下列说法正确的是(　　)图8－3－4A．离子由加速器的中心附近进入加速器B．离子由加速器的边缘进入加速器C．离子从磁场中获得能量D．离子从电场中获得能量【解析】　离子在磁场中做匀速圆周运动，速度越大，轨道半径越大，所以离子要从加

6、速器的中心附近进入加速器．洛伦兹力总是垂直于速度的方向，所以磁场是不对离子做功的，它的作用只是改变离子的速度方向，而电场的作用才是加速离子，使之获得能量．由此可见，选项A、D是正确的．【答案】　AD带电粒子在复合场中运动的应用实例1.速度选择器平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直．这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器．图8－3－52．磁流体发电机磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能．图8－3－63．电磁流量计导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力的作用下横向偏转，a、b间出现电势差．根据

7、a、b间电势差的大小可测量出管中液体的流量．图8－3－74．霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差，这种现象称为霍尔效应．图8－3－8【针对训练】3.图8－3－9如图8－3－9所示，a、b是位于真空中的平行金属板，a板带正电，b板带负电，两板之间的电场为匀强电场，场强为E.同时在两板之间的空间中加匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度为B.一束电子以大小为v0的速度从左边S处沿图中虚线方向入射，虚线平行于两板．要想使电子在两板间能沿虚线运动，则v0、E、B之间的关系应

8、该是(　　)A．v0＝　　　　　　　　B．v0＝C．