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1、帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng),復(fù)習(xí)目標(biāo)：,1、掌握帶電粒子（帶電體）在復(fù)合場中的受力情況，能準(zhǔn)確地分析帶電粒子（帶電體）的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化過程。,3、理解速度選擇器，質(zhì)譜儀、回旋加速器、磁流體發(fā)電機(jī)的構(gòu)造和工作原理，能熟練解答相關(guān)問題。,2、能熟練運(yùn)用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)、能量觀點(diǎn)來分析和解決帶電粒子（或帶電體）在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的有關(guān)問題。,基本知識(shí)回顧：,1、速度選擇器,特點(diǎn)：,（1）任何一個(gè)存在正交電場和磁場的空間都可看作速度選擇器。,（3）對某一確定的速度選擇器，在如圖所示速度選擇器，入口在左端，出口在右端，若帶電粒子從右端射入時(shí)，由于洛侖茲力和電場力同向，粒子必發(fā)生偏轉(zhuǎn)。,2、質(zhì)譜儀,構(gòu)造如圖所示：,
2、質(zhì)譜儀由速度選擇器和MN板右側(cè)的偏轉(zhuǎn)分離磁場兩部分組成。圖示質(zhì)譜儀在先對離子束進(jìn)行速度選擇后，,相同速率的不同離子在右側(cè)的偏轉(zhuǎn)磁場中B做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，不同荷質(zhì)比的離子軌道半徑不同，將落在MN板的不同位置，由此可以用來測定帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素。,3、回旋加速器,回旋加速器是利用帶電粒子在電場中的加速和帶電粒子 在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，使帶電粒,子在磁場中改變運(yùn)動(dòng)方向，然后 ，勻速進(jìn)入電場中加速，使帶電粒子在回旋過程中逐漸加速。,（1）帶電粒子在回旋加速器D形盒之間被加速，在磁場中做相應(yīng)軌道半徑的圓周運(yùn)動(dòng)。,（2）加速條件：交變電壓的周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等。,例1如圖所示，套在很長的
3、絕緣直棒上的小球，其質(zhì)量為m，帶電量為q，小球可在棒上滑動(dòng)，將此棒豎直放在互相垂直，且沿水平方向的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中，電場強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，小球與棒的動(dòng)摩擦因數(shù)為，求小球由靜止沿棒下落的最大加速度和最大速度？（設(shè)小球電量不變）,E,由牛頓第二定律得,豎直方向：mg-f=ma,水平方向：N=EqBqV,f=N,總結(jié)：,帶電物體在復(fù)合場中做變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶電物體所受的洛侖茲力的大小不斷變化，而洛侖茲力的變化往往引起其他力的變化，從而導(dǎo)致加速度不斷變化。,（2）只將電場（或磁場）反向，而強(qiáng)弱不變，小球的最大加速度和最終速度又將怎樣？,例2如圖所示，質(zhì)量為0.04g的帶有正電荷q為10-4
4、C的小球用長度為0.2m的絲線懸掛在勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0.5T，方向指向紙內(nèi)，小球在磁場內(nèi)做擺動(dòng)，當(dāng)它到達(dá)最高點(diǎn)A時(shí)，絲線偏離豎直方向30角，試問：,（1）小球在A點(diǎn)時(shí)受到哪幾個(gè)力的作用？,解析：小球在A點(diǎn)時(shí)受到兩個(gè)力作用，即重力mg和絲線拉力T。,（2）小球向右經(jīng)過最低點(diǎn)C時(shí)，絲線受力的大小和方向如何？,解：小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)，受到的力有重力mg、絲線拉力T、洛侖茲力f，其合力為向心力，即,代入數(shù)據(jù)得:T=4.710-4(N),（3）小球向左經(jīng)過最低點(diǎn)C時(shí)，絲線受力的大小和方向如何？,解:小球從D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)速度與從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)大小相同，此時(shí)，小球受到的力有重力mg、繩子拉
5、力T，洛侖茲力f，其合力為向心力，則,代入數(shù)據(jù)得T=5.410-4（N）,練習(xí)1：一 如圖所示虛線所圍的區(qū)域內(nèi)，存在電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場和磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，已知從左方水平射入的電子，穿過這區(qū)域時(shí)未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，設(shè)重力忽略不計(jì)，則在這個(gè)區(qū)域中的E和B的方向可能是（ ）,A、E和B都沿水平方向，并與電子運(yùn)動(dòng)方向相同,B、E和B都沿水平方向，并與電子運(yùn)動(dòng)方向相反,,,e,E,B,C、E豎直向上B垂直紙面向外,D、E豎直向上B垂直紙面向里,ABC,練習(xí)2：設(shè)空間存在著豎直向下的勻強(qiáng)電場和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，如圖所示，已知一離子在電場力和洛侖茲力的作用下，從靜止開始自a點(diǎn)沿曲線acb運(yùn)動(dòng)，到
6、達(dá)b時(shí)速度恰為零，c點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)軌跡的最低點(diǎn)，不計(jì)重力，以下說法錯(cuò)誤的是（ ）,練習(xí)2：設(shè)空間存在著豎直向下的勻強(qiáng)電場和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，如圖所示，已知一離子在電場力和洛侖茲力的作用下，從靜止開始自a點(diǎn)沿曲線acb運(yùn)動(dòng)，到達(dá)b時(shí)速度恰為零，c點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)軌跡的最低點(diǎn)，不計(jì)重力，以下說法錯(cuò)誤的是（ ）,D,練習(xí)3：場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場和磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場正交，如圖所示，一質(zhì)量為m的帶電粒子，在垂直于磁場方向的平面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)重力加速度為g，則下列說法正確的是（ ）,粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，受力分析如圖所示：所以粒子必需帶負(fù)電。,除重力做功之外，還有電場力做功，因此粒子的機(jī)械能
7、不守恒。,練習(xí)3：場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場和磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場正交，如圖所示，一質(zhì)量為m的帶電粒子，在垂直于磁場方向的平面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)重力加速度為g，則下列說法正確的是（ ）,ABC,練習(xí)4：有一束正粒子，先后通過區(qū)域和，區(qū)域中有相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，如圖所示，如果這束正離子（不計(jì)重力）通過區(qū)域時(shí)，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則說明它們的是相同的，若進(jìn)入?yún)^(qū)域后，這束正離子的軌跡也是相同，則說明它們的相同。,速度,荷質(zhì)比,練習(xí)5：如圖所示，在x軸上方有勻強(qiáng)磁場，磁感強(qiáng)度為B，下方有場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場，有一質(zhì)量為m，帶電量q為的粒子，從坐標(biāo)0沿著y軸正方向射出。射出之后，第3次到達(dá)x軸
8、時(shí)，它與點(diǎn)0的距離為L。求此粒子射出時(shí)的速度和運(yùn)動(dòng)的總路程S（重力不計(jì)）,解析：粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，在電場中的運(yùn)動(dòng)為勻變速直線運(yùn)動(dòng)。畫出粒子運(yùn)動(dòng)的過程如圖所示：,由圖可知粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期后第一次通過x軸進(jìn)入電場，做勻減速,運(yùn)動(dòng)至速度為零，再反向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，以原來的速度大小反方向進(jìn)入磁場。這就是第二次進(jìn)入磁場，接著粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)，半個(gè)周期后第三次通過x軸。,粒子在電場中每一次的最大位移設(shè)為y，,第3次到達(dá)軸時(shí)，粒子運(yùn)動(dòng)的總路程為一個(gè)周期和兩個(gè)位移的長度之和：,,【練習(xí)6】如圖11-5-11所示，質(zhì)量為m、帶電量為q的小球，在傾角為的光滑斜面上由靜止下滑，勻強(qiáng)磁場的感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向外，若帶電小球下滑后某時(shí)刻對斜面的作用力恰好為0，問：小球所帶電 荷的性質(zhì)如何?此時(shí) 小球的下滑速度和 下滑位移各是多大?,
高中物理第五節(jié)《帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)》
