帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)2

1、. . . . 0906帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)2一、復(fù)合場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)是指、和重力場(chǎng)并存，或其中某兩場(chǎng)并存，或分區(qū)域存在二、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分類(lèi)1靜止或勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中所受合外力為零時(shí)，將處于靜止?fàn)顟B(tài)或做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)2勻速圓周運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子所受的重力與力大小相等，方向相反時(shí)，帶電粒子在洛倫茲力的作用下，在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)3較復(fù)雜的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子所受的合外力的大小和方向均變化，且與初速度方向不在同一條直線(xiàn)上，粒子做非勻變速曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡既不是圓弧，也不是拋物線(xiàn)三、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例速度選擇器(如圖所示)(1)平行板中電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁

2、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(lái)，所以叫做速度選擇器(2)帶電粒子能夠沿直線(xiàn)勻速通過(guò)速度選擇器的條件是：qEqvB，即v .針對(duì)訓(xùn)練1在兩平行金屬板間，有如圖所示的互相正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)粒子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向射入時(shí)，恰好能沿直線(xiàn)勻速通過(guò)供下列各小題選擇的答案有A不偏轉(zhuǎn) B向上偏轉(zhuǎn)C向下偏轉(zhuǎn) D向紙或紙外偏轉(zhuǎn)(1)若質(zhì)子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向射入時(shí)，質(zhì)子將_(2)若電子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向射入時(shí)，電子將_(3)若質(zhì)子以大于v0的速度，沿垂直于勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向從兩板正中央射入，質(zhì)子

3、將_(4)若增大勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，其他條件不變，電子以速度v0沿垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向，從兩極正中央射入，電子將_2磁流體發(fā)電機(jī)(1)主要構(gòu)造如圖所示(2)原理：等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負(fù)電的粒子，而從整體來(lái)說(shuō)呈電中性)噴入磁場(chǎng)，正、負(fù)粒子在洛倫茲力的作用下發(fā)生上下偏轉(zhuǎn)而聚集到A、B板上，產(chǎn)生電勢(shì)差，設(shè)A、B平行金屬板的面積為S，相距為L(zhǎng)， 等離子體的電阻率為，噴入氣體速度為v，板間磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度為B，板外電阻為R，當(dāng)?shù)入x子體勻速通過(guò)A、B板間時(shí)，A、B板上聚集的電荷最多，板間電勢(shì)差最大，相當(dāng)于電源電動(dòng)勢(shì)E，此時(shí)離子受力平衡：E場(chǎng)qqvB，E場(chǎng)vB，電動(dòng)勢(shì)EE場(chǎng)LB

4、Lv，電源電阻r，所以R中電流為 。3電磁流量計(jì)(1)如圖所示，一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體流過(guò)導(dǎo)管(2)原理：導(dǎo)電液體中的自由電荷(正、負(fù)離子)在洛倫茲力作用下橫向偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)電勢(shì)差，形成電場(chǎng)當(dāng)自由電荷所受電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡時(shí)，a、b間的電勢(shì)差就保持穩(wěn)定液體的流量Q為 。 四、“磁偏轉(zhuǎn)”和“電偏轉(zhuǎn)”的差別 電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)條件帶電粒子以vE進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)帶電粒子以vB進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)受力情況只受恒定的電場(chǎng)力只受大小恒定的洛倫茲力運(yùn)動(dòng)情況類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)軌跡拋物線(xiàn)圓弧物理規(guī)律類(lèi)平拋知識(shí)、牛頓第二定律牛頓第二定律、向心力公式基本公式做功情況電場(chǎng)

5、力既改變速度方向，也改變速度的大小，對(duì)電荷要做功洛倫茲力只改變速度方向，不改變速度的大小，對(duì)電荷永不做功物理圖象  典型例題例1(2010·調(diào)研)在xOy平面，第象限的直線(xiàn)OM是電場(chǎng)與磁場(chǎng)的邊界，OM與y軸負(fù)方向成45°角在x<0且OM的左側(cè)空間存在著沿x軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)E，場(chǎng)強(qiáng)大小為0.32 N/C，在y<0且OM的右側(cè)空間存在著垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.10 T，如圖所示，不計(jì)重力的帶負(fù)電的微粒，從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿y軸負(fù)方向以v02.0×103 m/s的初速度進(jìn)入磁場(chǎng)，已知微粒的帶電荷量為q5.0×1

6、018 C，質(zhì)量為m1.0×1024 kg，求：(1)帶電微粒第一次經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)邊界點(diǎn)的位置坐標(biāo)；(2)帶電微粒在磁場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間；(3)帶電微粒最終離開(kāi)電、磁場(chǎng)區(qū)域點(diǎn)的位置坐標(biāo)(保留兩位有效數(shù)字)變式訓(xùn)練11 如圖所示，一帶電粒子以某一速度v0在豎直平面做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后進(jìn)入一垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域(圖中未畫(huà)出磁場(chǎng)區(qū)域)，粒子飛出磁場(chǎng)后垂直電場(chǎng)方向進(jìn)入寬為L(zhǎng)的勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域，已知電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，方向豎直向上，當(dāng)粒子穿出電場(chǎng)時(shí)速度大小變?yōu)樵瓉?lái)的倍，粒子穿出電場(chǎng)后進(jìn)入寬度為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)方向向外，大小為B，已知帶電粒子的質(zhì)量為m，電量為q，重力

7、不計(jì)粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度如圖所示與水平方向成60°角，求：(1)粒子電性？帶電粒子在磁場(chǎng)區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的速度v0多大？(2)圓形磁場(chǎng)區(qū)域的最小面積S多大？(3)若使粒子能返回電場(chǎng)，磁場(chǎng)區(qū)域的寬度d至少多大？例2 如圖所示，空間存在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，在虛線(xiàn)MN的右側(cè)有垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小顆粒自A點(diǎn)由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，剛好沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)至光滑絕緣的水平面C點(diǎn)，與水平面碰撞的瞬間小顆粒的豎直分速度立即減為零，而水平分速度不變，小顆粒運(yùn)動(dòng)至D處剛好離開(kāi)水平面，然后沿圖示曲線(xiàn)DP軌跡運(yùn)動(dòng)，AC與水平面夾角30°，重力加速度為g，求：(1)勻強(qiáng)電場(chǎng)

8、的場(chǎng)強(qiáng)E；(2)AD之間的水平距離d；(3)已知小顆粒在軌跡DP上某處的最大速度為vm，該處軌跡的曲率半徑是距水平面高度的k倍，則該處的高度為多大？變式訓(xùn)練21如圖所示，質(zhì)量為2 g的小球，帶有1×103 C負(fù)電荷，靜置于水平絕緣桌面MN上的P點(diǎn)，P距桌面右端點(diǎn)N的距離為0.5 m，小球與水平桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1，桌面MN距水平面OO的高度為1.2 m過(guò)N點(diǎn)的豎直虛線(xiàn)右側(cè)存在互相正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向下，場(chǎng)強(qiáng)E20 N/C，磁場(chǎng)方向水平向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度B2.5 T現(xiàn)突然在桌面正上方加一場(chǎng)強(qiáng)也為E，方向水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)，使小球沿MN運(yùn)動(dòng)，最終落到水平面OO上

9、g取10 m/s2，求：(1)小球從P點(diǎn)到剛落到水平面OO所需的時(shí)間；(2)小球從P點(diǎn)到剛落到水平面OO的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械能和電勢(shì)能的改變量各是多少？隨堂練習(xí)1如圖所示，空間存在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)B(方向垂直紙面向里)和一電荷量為Q的點(diǎn)電荷的電場(chǎng)，一帶電粒子q(不計(jì)重力)以初速度v0從某處垂直于電場(chǎng)、磁場(chǎng)入射，初位置到點(diǎn)電荷Q的距離為r，則粒子在電、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡可能是()A沿初速度v0方向的直線(xiàn)B以點(diǎn)電荷Q為圓心，以r為半徑，在紙面的圓C初階段在紙面向右偏的曲線(xiàn)D初階段在紙面向左偏的曲線(xiàn)2如圖所示，界面PQ與水平地面之間有一個(gè)正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B和勻強(qiáng)電場(chǎng)E，在PQ上方有一個(gè)帶正電的小球A自O(shè)靜止開(kāi)始

10、下落，穿過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)到達(dá)地面設(shè)空氣阻力不計(jì)，下列說(shuō)法中正確的是()A在復(fù)合場(chǎng)中，小球做勻變速曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)B在復(fù)合場(chǎng)中，小球下落過(guò)程中的電勢(shì)能減小C小球從靜止開(kāi)始下落到水平地面時(shí)的動(dòng)能等于其電勢(shì)能和重力勢(shì)能的減少量總和D若其他條件不變，僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，小球從原來(lái)位置下落到水平地面時(shí)的動(dòng)能不變3如圖所示，豎直平面xOy存在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小E10 N/C，在y0的區(qū)域還存在垂直于坐標(biāo)平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B0.5 T一帶電量q0.2 C、質(zhì)量m0.4 kg的小球由長(zhǎng)l0.4 m的細(xì)線(xiàn)懸掛于P點(diǎn)，小球可視為質(zhì)點(diǎn)，現(xiàn)將小球拉至水平位置A無(wú)初速釋放，小球運(yùn)動(dòng)到懸點(diǎn)P正下方的坐標(biāo)原點(diǎn)O

11、時(shí)，懸線(xiàn)突然斷裂，此后小球又恰好能通過(guò)O點(diǎn)正下方的N點(diǎn)(g10 m/s2)求：(1)小球運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)的速度大??；(2)懸線(xiàn)斷裂前瞬間拉力的大小；(3)ON間的距離4如圖所示，平行于直角坐標(biāo)系y軸的PQ是用特殊材料制成的，只能讓垂直打到PQ界面上的電子通過(guò)其左側(cè)有一直角三角形區(qū)域，分布著方向垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其右側(cè)有豎直向上場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)現(xiàn)有速率不同的電子在紙面上從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿不同方向射到三角形區(qū)域，不考慮電子間的相互作用已知電子的電量為e，質(zhì)量為m，在OAC中，OAa，60°.求：(1)能通過(guò)PQ界面的電子所具有的最大速度是多少；(2)在PQ右側(cè)x軸上什么圍能接收到電子5.(2009·，25)如圖所示，離子源A產(chǎn)生的初速度為零、帶電荷量均為e、質(zhì)量不同的正離子被電壓為U0的加速電場(chǎng)加速后勻速通過(guò)準(zhǔn)直管，垂直射入勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，偏轉(zhuǎn)后通過(guò)極板HM上的小孔S離開(kāi)電場(chǎng)，經(jīng)過(guò)一段勻速直線(xiàn)