第四節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)第四節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)第四節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)第四節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)12021/2/22第四節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)第四節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)第四第四節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)

22021/2/22第四節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)22021/2/2232021/2/2232021/2/22一、復(fù)合場1．定義：復(fù)合場是指①

、②

、③

并存，或其中某兩種場并存，或分區(qū)域存在。2．三種場的比較電場磁場重力場mg

豎直向下

無關(guān)重力勢(shì)能qE

qvBsinθ

動(dòng)能相同相反無關(guān)電勢(shì)能42021/2/22一、復(fù)合場電場磁場重力場mg豎直向下無關(guān)重力勢(shì)能qE3.帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的幾種情況(1)當(dāng)帶電粒子所受合力為零時(shí)，將處于?

或?

狀態(tài)。(2)當(dāng)?

提供向心力，其余各力的合力為零時(shí)，帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。(3)當(dāng)帶電粒子所受合力大小與方向均變化時(shí)，將做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。這類問題一般只能用能量關(guān)系來處理。靜止勻速直線運(yùn)動(dòng)洛倫茲力52021/2/223.帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的幾種情況靜止勻速直線運(yùn)動(dòng)洛倫茲力1．一帶電粒子以初速度v0先后通過勻強(qiáng)電場E和勻強(qiáng)磁場B，如下圖甲所示，電場和磁場對(duì)粒子做功為W1；若把電場和磁場正交疊加后，如圖乙所示，粒子仍以v0＜的速度穿過疊加場區(qū)，電場和磁場對(duì)粒子做功為W2(不計(jì)重力的影響)，則(

)62021/2/221．一帶電粒子以初速度v0先后通過勻強(qiáng)電場E和勻強(qiáng)磁場620【解析】

由于粒子仍以v0＜的速度穿過疊加場區(qū)，粒子不僅受電場力作用，還受到洛倫茲力作用，洛倫茲力方向與電場力方向相反，所以在甲區(qū)電場力做功多，乙區(qū)做功少。A．W1＝W2

B．W1＜W2C．W1＞W(wǎng)2D．無法比較【答案】

C72021/2/22【解析】由于粒子仍以v0＜的速度穿過疊加場區(qū)，二、帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的典型應(yīng)用帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的重要應(yīng)用，包括速度選擇器、回旋加速器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)等。1．速度選擇器(如下圖所示)(1)平行板中電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相?

。這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來，所以叫做速度選擇器。(2)帶電粒子能夠勻速沿直線通過速度選擇器的條件是?

，即v＝?

。垂直qE＝qvB82021/2/22二、帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的典型應(yīng)用(1)平行板中電場強(qiáng)度E2.回旋加速器(1)基本構(gòu)造：回旋加速器的核心部分是放置在磁場中的兩個(gè)D形的金屬扁盒(如右圖所示)，其基本組成為：①粒子源，②兩個(gè)D形金屬盒，③勻強(qiáng)磁場，④高頻電源，⑤粒子引出裝置。(2)工作原理①電場加速qU＝ΔEk相同

92021/2/222.回旋加速器(2)工作原理相同92021/2/22物體的內(nèi)能

電能

正極

Bvd

102021/2/22物體的內(nèi)能電能正極Bvd102021/2/22電場力

洛倫茲力112021/2/22電場力洛倫茲力112021/2/225．質(zhì)譜儀(1)用途：質(zhì)譜儀是一種測量帶電粒子質(zhì)量和分離

的儀器。同位素(2)原理：如右圖所示，離子源A產(chǎn)生質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子(所受重力不計(jì))。離子出來時(shí)速度很小(可忽略不計(jì))，經(jīng)過電壓為U的電場加速后進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過半個(gè)周期到達(dá)記錄它的照相底片D上，測得它在D上的位置到入口處的距離為L，

122021/2/225．質(zhì)譜儀同位素(2)原理：如右圖所示，離子源A產(chǎn)生質(zhì)量為m又因m∝L2，不同質(zhì)量的同位素從不同處可得到分離，故質(zhì)譜儀又是分離同位素的重要儀器。132021/2/22又因m∝L2，不同質(zhì)量的同位素從不同處可得到分132021/磁場方向

電勢(shì)差

142021/2/22磁場方向電勢(shì)差142021/2/222.回旋加速器是用來加速一群帶電粒子使它們獲得很大動(dòng)能的儀器，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩盒分別和一高頻交流電源兩極相接，以便在盒間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場，使粒子每次穿過狹縫都得到加速，兩盒放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于盒底面，離子源置于盒的圓心附近。若離子源射出的離子電荷量為q，質(zhì)量為m，粒子最大回轉(zhuǎn)半徑Rm其運(yùn)動(dòng)軌跡如右圖所示。152021/2/222.回旋加速器是用來加速一群帶電粒子使它們獲得15202求：(1)兩個(gè)D形盒內(nèi)有無電場？(2)離子在D形盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？(3)所加交流電頻率是多大？(4)離子離開加速器的速度為多大？最大動(dòng)能為多少？【解析】

(1)扁盒由金屬導(dǎo)體制成，具有屏蔽外電場作用，所以盒內(nèi)無電場。(2)離子在盒內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，每次加速之后半徑變大。(3)離子在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間極短，因此高頻交變電壓頻率要符合離子回旋頻率。162021/2/22求：(1)兩個(gè)D形盒內(nèi)有無電場？【解析】(1)扁盒由金屬導(dǎo)172021/2/22172021/2/22182021/2/22182021/2/22帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的一般思路

1．帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的分析方法和一般思路(1)弄清復(fù)合場的組成。一般有磁場、電場的復(fù)合，磁場、重力場的復(fù)合，磁場、電場、重力場三者的復(fù)合。(2)正確受力分析，除重力、彈力、摩擦力外要特別注意靜電力和磁場力的分析。(3)確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，注意運(yùn)動(dòng)情況和受力情況的結(jié)合。(4)對(duì)于粒子連續(xù)通過幾個(gè)不同情況的場的問題，要分階段進(jìn)行處理。192021/2/22帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的一般思路1．帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)(5)畫出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。①當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)受力平衡列方程求解。②當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)用牛頓定律結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解。③當(dāng)帶電粒子做復(fù)雜曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般用動(dòng)能定理或能量守恒定律求解。④對(duì)于臨界問題，注意挖掘隱含條件。202021/2/22(5)畫出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2020212．復(fù)合場中粒子重力是否考慮的三種情況(1)對(duì)于微觀粒子，如電子、質(zhì)子、離子等，因?yàn)槠渲亓σ话闱闆r下與電場力或磁場力相比太小，可以忽略；而對(duì)于一些實(shí)際物體，如帶電小球、液滴、金屬塊等一般應(yīng)當(dāng)考慮其重力。(2)在題目中有明確說明是否要考慮重力的，這種情況比較正規(guī)，也比較簡單。(3)不能直接判斷是否要考慮重力的，在進(jìn)行受力分析與運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，要由分析結(jié)果確定是否要考慮重力。212021/2/222．復(fù)合場中粒子重力是否考慮的三種情況212021/2/22(2010·福建理綜)如圖所示的裝置，左半部為速度選擇器，右半部為勻強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)電場。一束同位素離子流從狹縫S1射入速度選擇器，能夠沿直線通過速度選擇器并從狹縫S2射出的離子，又沿著與電場垂直的方向，立即進(jìn)入場強(qiáng)大小為E的偏轉(zhuǎn)電場，最后打在照相底片D上。已知同位素離子的電荷量為q(q＞0)，速度選擇器內(nèi)部存在著相互垂直的場強(qiáng)大小為E0的勻強(qiáng)電場和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場，照相底片D與狹縫S1、S2的連線平行且距離為L，忽略重力的影響。(1)求從狹縫S2射出的離子速度v0的大??；222021/2/22(2010·福建理綜)如圖所(2)若打在照相底片上的離子在偏轉(zhuǎn)電場中沿速度v0方向飛行的距離為x，求出x與離子質(zhì)量m之間的關(guān)系式(用E0、B0、E、q、m、L表示)?！窘忸}切點(diǎn)】

(1)速度選擇器中粒子被選中的只能做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(2)垂直電場方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)。232021/2/22(2)若打在照相底片上的離子在偏轉(zhuǎn)電場中沿速度v0方向飛行的242021/2/22242021/2/221．如右圖所示，水平放置的兩塊長直平行金屬板a、b相距d＝0.10m，a、b間的電場強(qiáng)度為E＝5.0×105N/C，b板下方整個(gè)空間存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝6.0T、方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場。今有一質(zhì)量為m＝4.8×10－25kg、電荷量為q＝1.6×10－18C的帶正電的粒子(不計(jì)重力)，從貼近a板的左端以v0＝1.0×106m/s的初速度水平射入勻強(qiáng)電場，剛好從狹縫P處穿過b板而垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，最后粒子回到b板的Q處(圖中未畫出)。不計(jì)板a、b的厚度，求P、Q之間的距離L。252021/2/221．如右圖所示，水平放置的兩塊長直平行金屬板a、b相距252代入數(shù)據(jù)解得θ＝30°粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，圓心為O，半徑為r，如下圖所示，由幾何關(guān)系得262021/2/22代入數(shù)據(jù)解得θ＝30°262021/2/22【答案】

5.8cm272021/2/22【答案】5.8cm272021/2/221．帶電粒子在復(fù)合場中無約束情況下的運(yùn)動(dòng)(1)磁場力、重力并存①若重力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。②若重力和洛倫茲力不平衡，則帶電體將做復(fù)雜曲線運(yùn)動(dòng)，因F洛不做功，故機(jī)械能守恒，由此可求解問題。(2)電場力、磁場力并存(不計(jì)重力的微觀粒子)①若電場力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。②若電場力和洛倫茲力不平衡，則帶電體做復(fù)雜曲線運(yùn)動(dòng)，因F洛不做功，可用動(dòng)能定理求解問題。282021/2/221．帶電粒子在復(fù)合場中無約束情況下的運(yùn)動(dòng)282021/2/2(3)電場力、磁場力、重力并存①若三力平衡，一定做勻速直線運(yùn)動(dòng)。②若重力與電場力平衡，一定做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。③若合力不為零且與速度方向不垂直，做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，因F洛不做功，可用能量守恒或動(dòng)能定理求解問題。2．帶電粒子在復(fù)合場中有約束情況下的運(yùn)動(dòng)帶電體在復(fù)合場中受輕桿、輕繩、圓環(huán)、軌道等約束的情況下，常見的運(yùn)動(dòng)形式有直線運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)解題要通過受力分析明確變力、恒力做功情況，并注意洛倫茲力不做功的特點(diǎn)，用動(dòng)能定理、能量守恒定律結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律求出結(jié)果。292021/2/22(3)電場力、磁場力、重力并存292021/2/22(2011·海淀模擬)如右圖所示，在水平地面上方有一范圍足夠大的互相正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場區(qū)域。磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向水平并垂直于紙面向里。一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的帶正電微粒在此區(qū)域內(nèi)沿豎直平面(垂直于磁場方向的平面)做速度大小為v的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，重力加速度為g。3．帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的臨界值問題由于帶電粒子在復(fù)合場中受力情況復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)情況多變，往往出現(xiàn)臨界問題，這時(shí)應(yīng)以題目中的”最大”、”最高”、”至少”等詞語為突破口，挖掘隱含條件，根據(jù)臨界條件列出輔助方程，再與其他方程聯(lián)立求解。302021/2/22(2011·海淀模擬)如(1)求此區(qū)域內(nèi)電場強(qiáng)度的大小和方向；(2)若某時(shí)刻微粒在場中運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)，速度與水平方向的夾角為60°，如上圖所示，且已知P點(diǎn)與水平地面間的距離等于其做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑。求該微粒運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)與水平地面間的距離；(3)當(dāng)帶電微粒運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)時(shí)，將電場強(qiáng)度的大小變?yōu)樵瓉淼?方向不變，且不計(jì)電場變化對(duì)原磁場的影響)，且?guī)щ娢⒘Ｄ苈渲恋孛?，求帶電微粒落至地面時(shí)的速度大小。312021/2/22(1)求此區(qū)域內(nèi)電場強(qiáng)度的大小和方向；312021/2/22【解題切點(diǎn)】

(1)當(dāng)帶電微粒在復(fù)合場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力和電場力平衡，由洛倫茲力提供向心力。(2)正確地畫出運(yùn)動(dòng)軌跡，再由幾何關(guān)系找出最高點(diǎn)到地面的距離與軌道半徑r的關(guān)系。(3)由于洛倫茲力不做功，下落過程中重力和電場力做功，微粒做曲線運(yùn)動(dòng)，故運(yùn)用動(dòng)能定理解答比較方便?！窘馕觥?/p>

(1)由于帶電微?？梢栽陔妶觥⒋艌龊椭亓龉泊娴膮^(qū)域內(nèi)沿豎直平面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，它表明帶電微粒所受的電場力和重力大小相等、方向相反，因此電場強(qiáng)度的方向豎直向上。設(shè)電場強(qiáng)度為E，322021/2/22【解題切點(diǎn)】(1)當(dāng)帶電微粒在復(fù)合場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，【332021/2/22332021/2/22342021/2/22342021/2/222.如右圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一與磁感線垂直且水平放置的、長為L的擺線，拴一質(zhì)量為m、帶有＋q電量的擺球，試求擺球通過最低位置時(shí)繩上的拉力F。352021/2/222.如右圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一與磁感3362021/2/22362021/2/22372021/2/22372021/2/22382021/2/22382021/2/221．(2011·福州模擬)如右圖所示，a、b是一對(duì)平行金屬板，分別接到直流電源兩極上，右邊有一擋板，正中間開有一小孔d，在較大空間范圍內(nèi)存在著勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里，在a、b兩板間還存在著勻強(qiáng)電場E。從兩板左側(cè)中點(diǎn)C處射入一束正離子(不計(jì)重力)，這些正離子都沿直線運(yùn)動(dòng)到右側(cè)，從d孔射出后分為三束，則下列判斷正確的是(

)A．這三束正離子的速度一定不相同B．這三束正離子的質(zhì)量一定不相同C．這三束正離子的電量一定不相同D．這三束正離子的比荷一定不相同392021/2/221．(2011·福州模擬)如右圖所示，a、b是一對(duì)平行金屬板【答案】

D402021/2/22【答案】D402021/2/222.地球大氣層外部有一層復(fù)雜的電離層，既分布有地磁場，也分布有電場。假設(shè)某時(shí)刻在該空間中有一小區(qū)域存在如右圖所示的電場和磁場；電場的方向在紙面內(nèi)斜向左下方，磁場的方向垂直紙面向里。此時(shí)一帶電宇宙粒子恰以速度v垂直于電場和磁場射入該區(qū)域，不計(jì)重力作用，則在該區(qū)域中，有關(guān)該帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況可能的是(

)A．仍做直線運(yùn)動(dòng)B．立即向左下方偏轉(zhuǎn)C．立即向右上方偏轉(zhuǎn)D．可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)412021/2/222.地球大氣層外部有一層復(fù)雜的電離層，既分布有地磁場，也分4【答案】

ABC422021/2/22【答案】ABC422021/2/223.如右圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m的帶電液滴在相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中的豎直平面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那么該液滴(

)A．一定帶正電，且沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)B．一定帶負(fù)電，且沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)C．一定帶負(fù)電，繞行方向不明D．帶什么電，繞行方向不確定432021/2/223.如右圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m的帶電液滴在相互垂直的勻強(qiáng)電43【解析】

做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，故qE＝mg，且豎直向上，則帶負(fù)電，在圓周上任找一位置受力分析，根據(jù)左手定則，四指指向負(fù)粒子運(yùn)動(dòng)的相反方向，即其順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，選B?！敬鸢浮?/p>

B442021/2/22【解析】做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，故qE＝mg，且豎直向上，則帶444.如右圖所示，在長方形abcd區(qū)域內(nèi)有正交的電磁場，ab＝bc/2＝L，一帶電粒子從ad的中點(diǎn)垂直于電場和磁場方向射入，恰沿直線從bc邊的中點(diǎn)P射出，若撤去磁場，則粒子從c點(diǎn)射出；若撤去電場，則粒子將(重力不計(jì))(

)A．從b點(diǎn)射出B．從b、P間某點(diǎn)射出C．從a點(diǎn)射出D．從a、b間某點(diǎn)射出452021/2/224.如右圖所示，在長方形abcd區(qū)域內(nèi)有正交的電磁場，4【答案】

C462021/2/22【答案】C462021/2/225.(2011·大同模擬)如右圖所示，寬度為l＝0.8m的某一區(qū)域存在相互垂直的勻強(qiáng)電場E與勻強(qiáng)磁場B，其大小E＝2×108

N/C，B＝10T。一帶正電荷的粒子以某一初速度由M點(diǎn)垂直電場和磁場方向射入，沿直線運(yùn)動(dòng)，從N點(diǎn)離開；若只撤去磁場，則粒子從P點(diǎn)射出且速度方向發(fā)生了45°的偏轉(zhuǎn)。求粒子的比荷(不計(jì)粒子的重力)。472021/2/225.(2011·大同模擬)如右圖所示，寬度為l＝0.8【答案】

2.5×106C/kg482021/2/22【答案】2.5×106C/kg482021/2/22492021/2/22492021/2/22謝謝！502021/2/22謝謝！502021/2/22第四節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)第四節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)第四節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)第四節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)512021/2/22第四節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)第四節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)第四第四節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)

522021/2/22第四節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)22021/2/22532021/2/2232021/2/22一、復(fù)合場1．定義：復(fù)合場是指①

、②

、③

并存，或其中某兩種場并存，或分區(qū)域存在。2．三種場的比較電場磁場重力場mg

豎直向下

無關(guān)重力勢(shì)能qE

qvBsinθ

動(dòng)能相同相反無關(guān)電勢(shì)能542021/2/22一、復(fù)合場電場磁場重力場mg豎直向下無關(guān)重力勢(shì)能qE3.帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的幾種情況(1)當(dāng)帶電粒子所受合力為零時(shí)，將處于?

或?

狀態(tài)。(2)當(dāng)?

提供向心力，其余各力的合力為零時(shí)，帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。(3)當(dāng)帶電粒子所受合力大小與方向均變化時(shí)，將做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。這類問題一般只能用能量關(guān)系來處理。靜止勻速直線運(yùn)動(dòng)洛倫茲力552021/2/223.帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的幾種情況靜止勻速直線運(yùn)動(dòng)洛倫茲力1．一帶電粒子以初速度v0先后通過勻強(qiáng)電場E和勻強(qiáng)磁場B，如下圖甲所示，電場和磁場對(duì)粒子做功為W1；若把電場和磁場正交疊加后，如圖乙所示，粒子仍以v0＜的速度穿過疊加場區(qū)，電場和磁場對(duì)粒子做功為W2(不計(jì)重力的影響)，則(

)562021/2/221．一帶電粒子以初速度v0先后通過勻強(qiáng)電場E和勻強(qiáng)磁場620【解析】

由于粒子仍以v0＜的速度穿過疊加場區(qū)，粒子不僅受電場力作用，還受到洛倫茲力作用，洛倫茲力方向與電場力方向相反，所以在甲區(qū)電場力做功多，乙區(qū)做功少。A．W1＝W2

B．W1＜W2C．W1＞W(wǎng)2D．無法比較【答案】

C572021/2/22【解析】由于粒子仍以v0＜的速度穿過疊加場區(qū)，二、帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的典型應(yīng)用帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的重要應(yīng)用，包括速度選擇器、回旋加速器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)等。1．速度選擇器(如下圖所示)(1)平行板中電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相?

。這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來，所以叫做速度選擇器。(2)帶電粒子能夠勻速沿直線通過速度選擇器的條件是?

，即v＝?

。垂直qE＝qvB582021/2/22二、帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的典型應(yīng)用(1)平行板中電場強(qiáng)度E2.回旋加速器(1)基本構(gòu)造：回旋加速器的核心部分是放置在磁場中的兩個(gè)D形的金屬扁盒(如右圖所示)，其基本組成為：①粒子源，②兩個(gè)D形金屬盒，③勻強(qiáng)磁場，④高頻電源，⑤粒子引出裝置。(2)工作原理①電場加速qU＝ΔEk相同

592021/2/222.回旋加速器(2)工作原理相同92021/2/22物體的內(nèi)能

電能

正極

Bvd

602021/2/22物體的內(nèi)能電能正極Bvd102021/2/22電場力

洛倫茲力612021/2/22電場力洛倫茲力112021/2/225．質(zhì)譜儀(1)用途：質(zhì)譜儀是一種測量帶電粒子質(zhì)量和分離

的儀器。同位素(2)原理：如右圖所示，離子源A產(chǎn)生質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子(所受重力不計(jì))。離子出來時(shí)速度很小(可忽略不計(jì))，經(jīng)過電壓為U的電場加速后進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過半個(gè)周期到達(dá)記錄它的照相底片D上，測得它在D上的位置到入口處的距離為L，

622021/2/225．質(zhì)譜儀同位素(2)原理：如右圖所示，離子源A產(chǎn)生質(zhì)量為m又因m∝L2，不同質(zhì)量的同位素從不同處可得到分離，故質(zhì)譜儀又是分離同位素的重要儀器。632021/2/22又因m∝L2，不同質(zhì)量的同位素從不同處可得到分132021/磁場方向

電勢(shì)差

642021/2/22磁場方向電勢(shì)差142021/2/222.回旋加速器是用來加速一群帶電粒子使它們獲得很大動(dòng)能的儀器，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩盒分別和一高頻交流電源兩極相接，以便在盒間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場，使粒子每次穿過狹縫都得到加速，兩盒放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于盒底面，離子源置于盒的圓心附近。若離子源射出的離子電荷量為q，質(zhì)量為m，粒子最大回轉(zhuǎn)半徑Rm其運(yùn)動(dòng)軌跡如右圖所示。652021/2/222.回旋加速器是用來加速一群帶電粒子使它們獲得15202求：(1)兩個(gè)D形盒內(nèi)有無電場？(2)離子在D形盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？(3)所加交流電頻率是多大？(4)離子離開加速器的速度為多大？最大動(dòng)能為多少？【解析】

(1)扁盒由金屬導(dǎo)體制成，具有屏蔽外電場作用，所以盒內(nèi)無電場。(2)離子在盒內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，每次加速之后半徑變大。(3)離子在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間極短，因此高頻交變電壓頻率要符合離子回旋頻率。662021/2/22求：(1)兩個(gè)D形盒內(nèi)有無電場？【解析】(1)扁盒由金屬導(dǎo)672021/2/22172021/2/22682021/2/22182021/2/22帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的一般思路

1．帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的分析方法和一般思路(1)弄清復(fù)合場的組成。一般有磁場、電場的復(fù)合，磁場、重力場的復(fù)合，磁場、電場、重力場三者的復(fù)合。(2)正確受力分析，除重力、彈力、摩擦力外要特別注意靜電力和磁場力的分析。(3)確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，注意運(yùn)動(dòng)情況和受力情況的結(jié)合。(4)對(duì)于粒子連續(xù)通過幾個(gè)不同情況的場的問題，要分階段進(jìn)行處理。692021/2/22帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的一般思路1．帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)(5)畫出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。①當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)受力平衡列方程求解。②當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)用牛頓定律結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解。③當(dāng)帶電粒子做復(fù)雜曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般用動(dòng)能定理或能量守恒定律求解。④對(duì)于臨界問題，注意挖掘隱含條件。702021/2/22(5)畫出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2020212．復(fù)合場中粒子重力是否考慮的三種情況(1)對(duì)于微觀粒子，如電子、質(zhì)子、離子等，因?yàn)槠渲亓σ话闱闆r下與電場力或磁場力相比太小，可以忽略；而對(duì)于一些實(shí)際物體，如帶電小球、液滴、金屬塊等一般應(yīng)當(dāng)考慮其重力。(2)在題目中有明確說明是否要考慮重力的，這種情況比較正規(guī)，也比較簡單。(3)不能直接判斷是否要考慮重力的，在進(jìn)行受力分析與運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，要由分析結(jié)果確定是否要考慮重力。712021/2/222．復(fù)合場中粒子重力是否考慮的三種情況212021/2/22(2010·福建理綜)如圖所示的裝置，左半部為速度選擇器，右半部為勻強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)電場。一束同位素離子流從狹縫S1射入速度選擇器，能夠沿直線通過速度選擇器并從狹縫S2射出的離子，又沿著與電場垂直的方向，立即進(jìn)入場強(qiáng)大小為E的偏轉(zhuǎn)電場，最后打在照相底片D上。已知同位素離子的電荷量為q(q＞0)，速度選擇器內(nèi)部存在著相互垂直的場強(qiáng)大小為E0的勻強(qiáng)電場和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場，照相底片D與狹縫S1、S2的連線平行且距離為L，忽略重力的影響。(1)求從狹縫S2射出的離子速度v0的大?。?22021/2/22(2010·福建理綜)如圖所(2)若打在照相底片上的離子在偏轉(zhuǎn)電場中沿速度v0方向飛行的距離為x，求出x與離子質(zhì)量m之間的關(guān)系式(用E0、B0、E、q、m、L表示)?！窘忸}切點(diǎn)】

(1)速度選擇器中粒子被選中的只能做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(2)垂直電場方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)。732021/2/22(2)若打在照相底片上的離子在偏轉(zhuǎn)電場中沿速度v0方向飛行的742021/2/22242021/2/221．如右圖所示，水平放置的兩塊長直平行金屬板a、b相距d＝0.10m，a、b間的電場強(qiáng)度為E＝5.0×105N/C，b板下方整個(gè)空間存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝6.0T、方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場。今有一質(zhì)量為m＝4.8×10－25kg、電荷量為q＝1.6×10－18C的帶正電的粒子(不計(jì)重力)，從貼近a板的左端以v0＝1.0×106m/s的初速度水平射入勻強(qiáng)電場，剛好從狹縫P處穿過b板而垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，最后粒子回到b板的Q處(圖中未畫出)。不計(jì)板a、b的厚度，求P、Q之間的距離L。752021/2/221．如右圖所示，水平放置的兩塊長直平行金屬板a、b相距252代入數(shù)據(jù)解得θ＝30°粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，圓心為O，半徑為r，如下圖所示，由幾何關(guān)系得762021/2/22代入數(shù)據(jù)解得θ＝30°262021/2/22【答案】

5.8cm772021/2/22【答案】5.8cm272021/2/221．帶電粒子在復(fù)合場中無約束情況下的運(yùn)動(dòng)(1)磁場力、重力并存①若重力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。②若重力和洛倫茲力不平衡，則帶電體將做復(fù)雜曲線運(yùn)動(dòng)，因F洛不做功，故機(jī)械能守恒，由此可求解問題。(2)電場力、磁場力并存(不計(jì)重力的微觀粒子)①若電場力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。②若電場力和洛倫茲力不平衡，則帶電體做復(fù)雜曲線運(yùn)動(dòng)，因F洛不做功，可用動(dòng)能定理求解問題。782021/2/221．帶電粒子在復(fù)合場中無約束情況下的運(yùn)動(dòng)282021/2/2(3)電場力、磁場力、重力并存①若三力平衡，一定做勻速直線運(yùn)動(dòng)。②若重力與電場力平衡，一定做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。③若合力不為零且與速度方向不垂直，做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，因F洛不做功，可用能量守恒或動(dòng)能定理求解問題。2．帶電粒子在復(fù)合場中有約束情況下的運(yùn)動(dòng)帶電體在復(fù)合場中受輕桿、輕繩、圓環(huán)、軌道等約束的情況下，常見的運(yùn)動(dòng)形式有直線運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)解題要通過受力分析明確變力、恒力做功情況，并注意洛倫茲力不做功的特點(diǎn)，用動(dòng)能定理、能量守恒定律結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律求出結(jié)果。792021/2/22(3)電場力、磁場力、重力并存292021/2/22(2011·海淀模擬)如右圖所示，在水平地面上方有一范圍足夠大的互相正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場區(qū)域。磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向水平并垂直于紙面向里。一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的帶正電微粒在此區(qū)域內(nèi)沿豎直平面(垂直于磁場方向的平面)做速度大小為v的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，重力加速度為g。3．帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的臨界值問題由于帶電粒子在復(fù)合場中受力情況復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)情況多變，往往出現(xiàn)臨界問題，這時(shí)應(yīng)以題目中的”最大”、”最高”、”至少”等詞語為突破口，挖掘隱含條件，根據(jù)臨界條件列出輔助方程，再與其他方程聯(lián)立求解。802021/2/22(2011·海淀模擬)如(1)求此區(qū)域內(nèi)電場強(qiáng)度的大小和方向；(2)若某時(shí)刻微粒在場中運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)，速度與水平方向的夾角為60°，如上圖所示，且已知P點(diǎn)與水平地面間的距離等于其做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑。求該微粒運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)與水平地面間的距離；(3)當(dāng)帶電微粒運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)時(shí)，將電場強(qiáng)度的大小變?yōu)樵瓉淼?方向不變，且不計(jì)電場變化對(duì)原磁場的影響)，且?guī)щ娢⒘Ｄ苈渲恋孛?，求帶電微粒落至地面時(shí)的速度大小。812021/2/22(1)求此區(qū)域內(nèi)電場強(qiáng)度的大小和方向；312021/2/22【解題切點(diǎn)】

(1)當(dāng)帶電微粒在復(fù)合場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力和電場力平衡，由洛倫茲力提供向心力。(2)正確地畫出運(yùn)動(dòng)軌跡，再由幾何關(guān)系找出最高點(diǎn)到地面的距離與軌道半徑r的關(guān)系。(3)由于洛倫茲力不做功，下落過程中重力和電場力做功，微粒做曲線運(yùn)動(dòng)，故運(yùn)用動(dòng)能定理解答比較方便?！窘馕觥?/p>

(1)由于帶電微?？梢栽陔妶?、磁場和重力場共存的區(qū)域內(nèi)沿豎直平面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，它表明帶電微粒所受的電場力和重力大小相等、方向相反，因此電場強(qiáng)度的方向豎直向上。設(shè)電場強(qiáng)度為E，822021/2/22【解題切點(diǎn)】(1)當(dāng)帶電微粒在復(fù)合場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，【832021/2/22332021/2/22842021/2/22342021/2/222.如右圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一與磁感線垂直且水平放置的、長為L的擺線，拴一質(zhì)量為m、帶有＋q電量的擺球，試求擺球通過最低位置時(shí)繩上的拉力F。852021/2/222.如右圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一與磁感3862021/2/22362021/2/22872021/2/22372021/2/22882021/2/22382021/2/221．(2011·福州模擬)如右圖所示，a、b是一對(duì)平行金屬板，分別接到直流電源兩極上，右邊有一擋板，正中間開有一小孔d，在較大空間范圍內(nèi)存在著勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小