高二物理带电粒子在复合场中的运动 知识精讲

《高二物理带电粒子在复合场中的运动 知识精讲》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、高二物理带电粒子在复合场中的运动知识精讲北师大版【本讲教育信息】一.教学内容：带电粒子在复合场中的运动二.教学过程：1.带电粒子在复合场中应用问题的分析与力学中的力学中分析方法相同，关键是要注意电场和磁场对带电粒子不同的作用特点。（1）带电粒子在匀强电场中受到的电场力F＝qE是恒力；电场力作功与路径无关，只与初末位置的电势差有关；电场力作功多是电势能和其他形式的能之间相互转化的量度。（2）带电粒子在磁场中受到的洛仑兹力的大小随运动速度的大小改变而改变；洛仑兹力的方向总与运动方向垂直；洛仑兹力对带电粒子不作功。2.带电粒子在电场和磁场共存区域内运动

2、形式的分析和判定：带电粒子在电场和磁场共存区域内的运动形式由粒子的受力情况和初速度情况共同决定。由于电场、磁场的本身情况不同（例如相互平行或垂直）都可以使带电粒子在场内运动时所受电场力、洛仑兹力的情况不同，又由于带电粒子的初速度可能不同，这些因素共同决定了带电粒子在电场、磁场共存区域内的不同运动形式。3.研究带电粒子在电场和磁场共存区域内运动的方法：（1）运用牛顿运动定律研究带电粒子在电场和磁场共存区域内的运动：带电粒子在电场、磁场中运动时，一般来说，带电粒子会同时受到电场力和洛仑兹力的作用，这两个力的合力决定了粒子的加速度，从而制约了粒子的运动

3、形式，对于这类问题，一般是先利用牛顿第二定律求出电场力和洛仑兹力共同作用产生的加速度，然后再运用恰当的运动学规律对问题最后求解。（2）运用动能定理研究带电粒子在电场和磁场共存区域内的运动：由于洛仑兹力对带电粒子不做功，电场力对粒子所做的功WE等于粒子动能的增量△EK，即WE＝△EK。又因为电场力对粒子所做的功WE等于粒子电势能的增量△EP的负值，即WE＝－△EP。所以又有△EK＋△EP＝0，即粒子的动能与电势能之和守恒。4.回旋加速器的工作原理回旋加速器是用来加速带电粒子的装置。回旋加速器的核心部分是两个D形的金属扁盒，这两个D形盒就像是沿着直径

4、把一个圆形的金属扁盒切成的两半。两个D形盒之间留一条窄缝，在中心附近放有粒子源，D形盒装在真空容器中，整个装置放在巨大电磁铁的两极之间，磁场方向垂直于D形盒的底面。把两个D形盒分别接在高频电源的两极上，如果高频电源的周期与带电粒子在D形盒中的运动周期相同，带电粒子就可以不断地被加速了。带电粒子在D形盒内沿螺线轨道逐渐趋于盒的边缘，达到预期的速率后，用特殊装置把它们引出。这里需注意：高频电源的周期等于带电粒子在D形盒中运动周期，一般情况下带电粒子在窄缝中的运动时间忽略。【典型例题】例1.如图所示，三个质量相同的质点A、B、C带有等量正电荷，它们从相

5、同的高度，从静止开始下落，质点A、B分别垂直进入匀强电场E和匀强磁场B，质点C继续在空中下落，如果电场和磁场的宽度为h2，则它们分别达到水平线MN时，（1）速度的大小vA、vB、vC的关系如何？（2）下落时间tA、tB、tC的关系如何？分析：三个小球运动轨迹如草图所示：C球做自由落体运动A球先做自由落体，进入电场后，向右偏做类似斜抛运动，其竖直方向做ay＝g的加速运动，水平做初速为零的匀加速运动。B球先做自由落体，进入磁场后，向右偏做曲线运动（轨迹不是圆）。（1）要求解落地速度，可通过动能定理：（2）要分析运动时间可分析竖直方向分运动。A球在竖直

6、方向是自由落体运动，故vA＝vC。B球运动到P点时，洛仑兹力f斜面右上方，其竖直分量向上，使B球运动加速度小于g，故tB＞tC。解：（1）由动能定理可知：vA＞vB＝vC（2）由竖直分运动的分析可知：tA＝tC＜tB例2.一束质子流以一定的速度沿水平平行于板进入平行金属板间，其间存在垂直纸面向里的匀强磁场B，要使质子沿直线通过，可加一匀强电场场强为E，（1）电场的方向；（2）质子的速度v0＝?（3）若使电场强度增大，质子可从C点射出两板间；若撤去电场，质子可从D点射出两板间；假设C、D关于O点对称，试比较从O、C、D三点射出两板间时，质子的速度大

7、小。解析：（1）质子受洛仑兹力f方向向上，要做直线运动，电场力必与f等大、反向，即电场力向下，又质子带正电，故电场方向向下。（2）由F＝f可知，qE＝qvB（3）增大电场，电场力大于洛仑兹力，质子将沿电场力方向偏转，电场力做正功，动能增大，即vC＞v0。撤去电场，质子在磁场中做匀速圆周运动，故vD＝v0所以vC＞v0＝vD讨论：（1）当粒子以v＝E/B向右通过上述正交电场磁场区域时，可匀速通过。（2）这个结论与离子带何种电荷、电荷多少都无关。（3）若速度小于这一速度，电场力将大于洛仑兹力，带电粒子将顺电场力方向偏转，电场力做正功，动能将增大，洛仑

8、兹力也将增大，粒子的轨迹既不是抛物线，也不是圆，而是一条复杂曲线；若大于这一速度，将逆电场力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小，洛仑兹