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1、高三物理带电粒子在复合场中的运动复习三、电场磁场分区域应用实例1.电视显像管电视显像管是应用电子束(填“电偏转”或“磁偏转”)的原理来工作的,使电子束偏转的(填“电场”或“磁场”)是由两对偏转线圈产生的.显像管工作时,由发射电子束,利用磁场来使电子束偏转,实现电视技术中的,使整个荧光屏都在发光.2.质谱仪(1)构造:如图1所示,由粒子源、、和照相底片等构成.磁偏转磁场阴极扫描加速电场偏转磁场图1(2)原理:粒子由静止被加速电场加速,根据动能定理可得关系式①粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转,做匀速圆周运动
2、,根据牛顿第二定律得关系式②由①②两式可得出需要研究的物理量,如粒子轨道半径、粒子质量、比荷.r=,m=,=.3.回旋加速器(1)构造:如图2所示,D1、D2是半圆金属盒,D形盒的缝隙处接电源.D形盒处于匀强磁场中.交流图2(2)原理:交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等,粒子在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和D形盒决定,与加速电压无关.磁感应强度B半径R四、电场磁场同区域并存应用实例1
3、.速度选择器如图3所示,平行板中电场强度E的方向和磁感应强度B的方向互相,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.带电粒子能够匀速沿直线通过速度选择器的条件是qE=qvB,即v=.图3垂直2.磁流体发电机根据左手定则,如图4中的B板是发电机的正极.磁流体发电机两极板间的距离为d,等离子体速度为v,磁场磁感应强度为B,则两极板间能达到的最大电势差U=.dvB图43.电磁流量计工作原理:如图5所示,圆形导管直径为d,用制成,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
4、伦兹力的作用下横向偏转,a、b间出现电势差,形成电场,当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时,a、b间的电势差就保持稳定,即qvB=qE=q,所以v=,因此液体流量Q=Sv=·.非磁性材料图54.霍尔效应: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、电流方向都垂直的方向上出现了,这个现象称为霍尔效应.所产生的电势差称为霍尔电势差,其原理如图6所示.名师点拨理解带电粒子在复合场中运动的这几个实例时,一定要从其共性qE=qvB出发.磁场方向电势差图6热点一磁偏转与电偏转的区别热
5、点聚焦磁偏转电偏转受力特征v垂直B时,FB=qvB,v不垂直于B时,FB=qvBsinα,FB为变力,只改变v方向无论v是否与E垂直,FE=qE,FE为恒力运动规律圆周运动T=,R=类平抛运动vx=v0,vy=x=v0t,y=偏转情况若没有磁场边界,粒子所能偏转的角度不受限制因做类平抛运动,在相等的时间内偏转的角度往往不等动能变化动能不变动能不断增大且增大得越来越快特别提示(1)电偏转和磁偏转分别是利用电场和磁场对(运动)电荷产生电场力和洛伦兹力的作用,控制其运动方向和轨迹.(2)两类运动的受力情况和处
6、理方法差别很大,要首先进行区别分析,再根据具体情况处理.热点二带电粒子在复合场中运动的分类1.带电粒子在复合场中无约束情况下的运动(1)磁场力、重力并存①若重力和洛伦兹力平衡,则带电体做匀速直线运动.②若重力和洛伦兹力不平衡,则带电体将做复杂曲线运动,因F洛不做功,故机械能守恒,由此可求解问题.(2)电场力、磁场力并存(不计重力的微观粒子)①若电场力和洛伦兹力平衡,则带电体做匀速直线运动.②若电场力和洛伦兹力不平衡,则带电体做复杂曲线运动,因F洛不做功,可用动能定理求解问题.(3)电场力、磁场力、重力并
7、存①若三力平衡,一定做匀速直线运动.②若重力与电场力平衡,一定做匀速圆周运动.③若合力不为零且与速度方向不垂直,做复杂的曲线运动,因F洛不做功,可用能量守恒或动能定理求解问题.2.带电粒子在复合场中有约束情况下的运动带电体在复合场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下,常见的运动形式有直线运动和圆周运动，此时解题要通过受力分析明确变力、恒力做功情况,并注意洛伦兹力不做功的特点,用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求出结果.3.带电粒子在复合场中运动的临界值问题由于带电粒子在复合场中受力情况复杂、运
8、动情况多变,往往出现临界问题,这时应以题目中的“最大”、“最高”、“至少”等词语为突破口,挖掘隐含条件,根据临界条件列出辅助方程,再与其他方程联立求解.特别提示带电粒子在复合场中运动的问题,往往综合性较强、物理过程复杂.在分析处理该部分的问题时,要充分挖掘题目的隐含信息,利用题目创设的情景,对粒子做好受力分析、运动过程分析,培养空间想象能力、分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力.热点三带电粒子在复合场中运动问题分析1.弄清复合场的组
