带电粒子在复合场中的运动解析

带电粒子在复合场中的运动

复习精要

一、带点粒子在复合场中的运动本质是力学问题

1、带电粒子在电场、磁场和重力场等共存的复合场中的运动，其受力情况和运动图景都比较复杂，但其本质是力学问题，应按力学的基本思路，运用力学的基本规律研究和解决此类问题。

2、分析带电粒子在复合场中的受力时，要注意各力的特点。如带电粒子无论运动与否，在重力场中所受重力及在匀强电场中所受的电场力均为恒力，它们的做功只与始末位置在重力场中的高度差或在电场中的电势差有关，而与运动路径无关。而带电粒子在磁场中只有运动 (且速度不与磁场平行)时才会受到洛仑兹力，力的大小随速度大小而变，方向始终与速度垂直，故洛仑兹力对运动电荷不做功.

二、带电微粒在重力、电场力、磁场力共同作用下的运动（电场、磁场均为匀强场）

1、带电微粒在三个场共同作用下做匀速圆周运动:必然是电场力和重力平衡，而洛伦兹力充当向心力.

2、带电微粒在三个场共同作用下做直线运动:重力和电场力是恒力，它们的合力也是恒力。

当带电微粒的速度平行于磁场时，不受洛伦兹力，因此可能做匀速运动也可能做匀变速运动；

当带电微粒的速度垂直于磁场时，一定做匀速运动。

3、与力学紧密结合的综合题，要认真分析受力情况和运动情况（包括速度和加速度）。必要时加以讨论。

三、带电粒子在重力场、匀强电场、匀强磁场的复合场中的运动的基本模型有：

1、匀速直线运动。自由的带点粒子在复合场中作的直线运动通常都是匀速直线运动，除非粒子沿磁场方向飞入不受洛仑兹力作用。因为重力、电场力均为恒力，若两者的合力不能与洛仑兹力平衡，则带点粒子速度的大小和方向将会改变，不能维持直线运动了。

2、匀速圆周运动。自由的带电粒子在复合场中作匀速圆周运动时，必定满足电场力和重力平衡，则当粒子速度方向与磁场方向垂直时，洛仑兹力提供向心力，使带电粒子作匀速圆周运动。

3、较复杂的曲线运动。在复合场中，若带电粒子所受合外力不断变化且与粒子速度不在一直线上时，带电粒子作非匀变速曲线运动。此类问题，通常用能量观点分析解决，带电粒子在复合场中若有轨道约束，或匀强电场或匀速磁场随时间发生周期性变化等原因，使粒子的运动更复杂，则应视具体情况进行分析。正确分析带电粒子在复合场中的受力并判断其运动的性质及轨迹是解题的关键，在分析其受力及描述其轨迹时，要有较强的空间想象能力并善于把空间图形转化为最佳平面视图。当带电粒子在电磁场中作多过程运动时,关键是掌握基本运动的特点和寻找过程的边界条件.

gk014.2008年高考广东理科基础16、空间存在竖直向上的匀强电场，质量为m的带正电的微粒水平射入电场中，微粒的运动轨迹如图所示，

在相等的时间间隔内（ C ）

A．重力做的功相等

B．电场力做的功相等

C．电场力做的功大于重力做的功

D．电场力做的功小于重力做的功

066.珠海市2008年高考模拟考试8．如下图所示，两虚线之间的空间内存在着正交或平行的匀强电场E和匀强磁场B，有一个带正电小球（电量为+q，质量为m）从正交或平行的电磁复合场上方的某一高度自由落下，那么，带电小球不可能

．．．沿直线通过下列哪个电磁复合场（ A B ）

029.连云港2007-2008学年度第一学期期末调研考试9、地面附近空间中存在着水平方向的匀强电场和匀强磁场，已知磁场方向垂直于纸面向里．一个带电油滴沿着一条与竖直方向成α角的直线MN 运动．由此可以判断 ( A C )

A ．如果油滴带正电，它是从M 点运动到N 点

B ．如果油滴带正电，它是从N 点运动到M 点

C ．如果水平电场方向向左，油滴是从M 点运动到N 点

D ．如果水平电场方向向右，油滴是从M 点运动到N 点

045.南京金陵中学07—08学年一轮复习检测（一）9．如图，电源电动势为E ，内

阻为r ，滑动变阻器电阻为R ，开关S 闭合。两平行极板间有

匀强磁场，一带电粒子正好以速度v 匀速穿过两板，以下说法正确的是（ AB ） A ．保持开关S 闭合，将滑片P 向上滑动一点，粒子将可能从上极板边缘射出 B ．保持开关S 闭合，将滑片P 向下滑动一点，粒子将可能从下极板边缘射出 C ．保持开关S 闭合，将a 极板向下移动一点，粒子将继续沿直线穿出 D ．如果将开关S 断开，粒子将继续沿直线穿出

056.苏北四市高三第三次调研试题6．如图所示，虚线EF 的下方存在着正交的匀强电场和匀强磁场，电场强度为E ，磁感应强度为B .一带电微粒自离EF 为h 的高处由静止下落，从B 点进入场区，做了一段匀速圆周运动，从D 点射出。下列说法正确的是 ( A B C ) A ．微粒受到的电场力的方向一定竖直向上 B ．微粒做圆周运动的半径为

h B

E 2

C ．从B 点运动到

D 点的过程中微粒的电势能先增大后减小

D ．从B 点运动到D 点的过程中微粒的电势能和重力势能之和在最低点C 最小

053.08年3月临沂市教学质量检查考试(一)9．在某地上空同时存在着匀强的电场与磁场，一质量为m 的带正电小球，在该区域内沿水平方向向右做直线运动，如图所示，关于场的分布情况可能的是（ A B C ） A ．该处电场方向和磁场方向重合

B ．电场竖直向上，磁场垂直纸面向里

C ．电场斜向里侧上方，磁场斜向外侧上方，均与v 垂直

D ．电场水平向右，磁场垂直纸面向里

E A

049.西安市重点中学2008届4月份理综试题17、如图所示，匀强磁场沿水平方向，垂直纸面向里，磁感强度B =1T ，匀强电场方向水平向右，场强310=E N/C 。一带正电的微粒质量m =2×10-6kg ，电量q =2×10-6C ，在此空间恰好作直线运动，问：

（1）带电微粒运动速度的大小和方向怎样？

（2）若微粒运动到P 点的时刻，突然将磁场撤去，那么经多少时间微粒到达Q 点？（设PQ 连线与电场方向平行）

解：（1）由于微粒恰好作直线运动，所以合力为0。微粒受重力、电场力和洛仑兹力如图示：

N qE F 5

1032-?== N mg G 5102-?==

3==mg

tan θ 0

60=θ N cos /mg qvB 5

460

-?== s /m v 20=∴

方向与水平方向成60°角斜向右上方

（2）撤去磁场后，微粒在电场力和重力作用下作类平抛运动（竖直方向作竖直上抛运动，水平方向作匀加速运动）经时间t 微粒到达Q 点，则y =0

1602

0=-

=gt

t sin v y s t 32=

gk005.2008年高考江苏卷14、（16分）在场强为B 的水平匀强磁场中，一质量为m 、带正电q 的小球在O 静止释放，小球的运动曲线如图所示．已知此曲线在最低点的曲率半径为该点到x 轴距离的2倍，重力加速度为g ．求： ⑴小球运动到任意位置P （x ，y ）的速率v ；

⑵小球在运动过程中第一次下降的最大距离y m ； ⑶当在上述磁场中加一竖直向上场强为E （q

mg E >）的匀强电场

时，

小球从O 静止释放后获得的最大速率v m ．

解：⑴洛伦兹力不做功，由动能定理得：2

1mv mgy = ①

解得：

gy v 2=

②

⑵设在最大距离y m 处的速率为v m ，根据圆周运动有： R

v m

mg B qv m m 2

=- ③

且由②知

m m gy v 2=

④

由③④及m y R 2=

得：22

q g m y m

⑤

⑶小球运动如图所示

由动能定理得：2

1m m mv y )mg qE (=

- ⑥

由圆周运动得：R

v m qE mg B qv m m 2

=-+ ⑦

且由⑥⑦及

m y R 2=

解得：)mg qE (qB

045.南京金陵中学07—08学年一轮复习检测（一）17．（17分）如图所示的坐标系，x 轴沿水平方向，y 轴沿竖直方向。在x 轴上方空间的第一、第二象限内，既无电场也无磁场，第三象限，存在沿y 轴正方向的匀强电场和垂直xy 平面（纸面）向里的匀强磁场，在第四象限，存在沿y 轴负方向、场强大小与第三象限电场场强相等的匀强电场。一质量为m 、电量为q 的带电质点，从y 轴上y=h 处的P 1点以一定的水平初速度沿x 轴负方向进入第二象限。然后经过x 轴上x =－2h 处的P 2点进入第三象限，带电质点恰好能做匀速圆周运动，之后经过y 轴上y =－2h 处的P 3点进入第四象限。已知重力加速度为g 。求：（1）粒子到达P 2点时速度的大小和方向；

（2）第三象限空间中电场强度和磁感应强度的大小；

（3）带电质点在第四象限空间运动过程中最小速度的大小和方向。

解：（1）质点从P 1到P 2，由平抛运动规律

gt v t

h v gt

h y ==

22102

求出

v v v y 22

0=+=

方向与x 轴负方向成45°角

（2）质点从P 2到P 3，重力与电场力平衡，洛仑兹力提供向心力Eq=mg R

qvB 2

22)

2()2()2(h h R +=

解得

g q

m B q

mg E 2=

（3）质点进入第四象限，水平方向做匀速直线运动，竖直方向做匀减速直线运动。当竖直方向的速度减小到0。此时质点速度最小，即v 在水平方向的分量 gh

v v 245cos min =

?=方向沿x 轴正方向。

059.江苏南通市2008届第三次调研测试14．（15分）如图Ox 、Oy 、Oz 为相互垂直的坐标轴，Oy 轴为竖直方向，整个空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B ．现有一质量为m 、电量为q 的小球从坐标原点O 以速度v 0沿Ox 轴正方向抛出（不计空气阻力，重力加速度为g ）．求：

（1）若在整个空间加一匀强电场E 1，使小球在xOz 平面内做匀速圆周运动，求场强E 1和小球运动的轨道半径；

（2）若在整个空间加一匀强电场E 2，使小球沿Ox 轴做匀速直线运动，求E 2的大小；

（3）若在整个空间加一沿y 轴正方向的匀强电场，求该小球从坐标原点O 抛出后，经过y 轴时的坐标y 和动能E k ；

解：（15分）（1）由于小球在磁场中做匀速圆周运动，设轨道半径为r ，则

qE =1

解得

/mg E =1

（2分）方向沿y 轴正向

（1分） r

mv B qv 2

00=

解得

mv r 0=

（2分）

(2) 小球做匀速直线运动，受力平衡，则 2

022)B qv ()mg (qE +=

（3分）

解得 2

2)B v ()q

mg (

E +=

（1分）

(3)小球在复合场中做螺旋运动，可以分解成水平面内的匀速圆周运动和沿y 轴方向的匀加速运动．做匀加速运动的加速度 g m

qE a 23=-=

（1分）从原点O 到经过y 轴时经历的时间 nT t =

（1分）

1at y =

（1分）

解得 2

q g m n y π=

23n = 、、) （1分）

由动能定理得 2

032

1mv E y )mg qE (k -

=- （1分）

解得 2

3222

q g

m n mv E k π+

(123n = 、、) （1分）

046.南京市2008届第一次模拟考试18．（本题14分）如图（a ）所示，在真空中，半径为b 的虚线所围的圆形区域内存在匀强磁场，磁场方向与纸面垂直．在磁场右侧有一对平行金属板M 和N ，两板间距离也为

b ，板长为2b ，两板的中心线O 1O 2与磁场区域的圆心O 在同一直线上，两板左端与O 1也在同一直线上．有一电荷量为＋q 、质量为m 的带电粒子，以速率v 0从圆周上的P 点沿垂直于半径OO 1并指向圆心O 的方向进入磁场，当从圆周上的O 1点飞出磁场时，给M 、N 板加上如图（b ）所示电压u ．最后粒子刚好以平行于N 板的速度，从N 板的边缘飞出．不计平行金属板两端的边缘效应及粒子所受的重力．（1）求磁场的磁感应强度B ；

（2）求交变电压的周期T 和电压U 0的值；

（3）若t = T /2 时，将该粒子从MN 板右侧沿板的中心线O 2O 1，仍以速率v 0射入M 、N 之间，求粒子从磁场中射出的点到P 点的距离．

解：（1）粒子

自P 点进入磁

场，从O 1点水平飞出磁场，运动的半径必为b ，…（1分） b mv B qv 2

00＝

………………………………………………………………（1分）解得

mv B 0＝

…………………………………………………………………（1分）

由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向外………………………………………（1分）（2）粒子自O 1点进入电场，最后恰好从N 板的边缘平行飞出，设运动时间为t ，则 2b = v 0t …………………………………………………………………………（1分） 2

022122??

? ????=T mb qU n b

………………………………………………………（1分）

t = nT （n ＝1，2，…） ……………………………………………………（1分）解得

2nv b T ＝

（n ＝1，2，…） …………………………………………（1分）

nmv U 22

0＝

（n ＝1，2，…） ………………………………………………（1分）

（3）当t =T /2粒子以速度v 0沿O 2O 1射入电场时，则该粒子恰好从M 板边缘以平行于极板的速度射入磁场，且进入磁场的速度仍为v 0，

运动的轨道半径仍为b ．…（2分）

设进入磁场的点为Q ，离开磁场的点为R ，圆心为O 3，如图所示，四边形OQ O 3R 是菱形，故O R ∥ QO 3． ………………………（2分）

所以P 、O 、R 三点共线，即POR 为圆的直径．即PR 间的距离为2b ．………（1分）

图（a ）

U -U 0

gk009.2008年高考理综山东卷25、（18分）两块足够大的平行金属极板水平放置，极板间加有空间分布均匀、大小随时间周期性变化的电场和磁场，变化规律分别如图1、图2所示（规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向）．在t ＝0时刻由负极板释放一个初速度为零的带负电的粒子（不计重力）．若电场强度E 0、磁感应强度B 0、粒子的比荷

q 均已知，且

qB m t 0

02π=

，两板间距

mE h 2

10π=

⑴求粒子在0～t 0时间内的位移大小与极板间距h 的比值； ⑵求粒子在板板间做圆周运动的最大半径（用h 表示）； ⑶若板间电场强度E 随时间的变化仍如图1所示，磁场的变化改为如图3所示，试画出粒子在板间运动的轨迹图（不必写计算过程）．

解法一：⑴设粒子在0～t 0时间内运动的位移大小为s 1 2

012

1at s =

qE a 0=

又已知

,qB m t 0

02π=

mE h 200

10π=

解得：

11=

⑵粒子在t 0～2t 0时间内只受洛伦兹力作用，且速度与磁场方向垂直，所以粒子做匀速圆周运动．设运动速度大小为v 1，轨道半径为R 1，周期为T ，则

1at v =

101R mv B qv =

解得：π

51h R = 又

qB m T 0

2π=

即粒子在t 0～2t 0时间内恰好完成一个周期的圆周运动．在2t 0～3t 0时间内，粒子做初速度为v 1的匀加速直线运动，设位移大小为s 2

001221at t v s +

0 0 0 0 0

B －B

解得：h s 5

32=

由于s 1＋s 2＜h ,所以粒子在3t 0～4t 0时间内继续做匀速圆周运动,设速度大小为v 2,半径为R 2

12at v v += 2

02R mv B qv =

解得：π

522h R =

由于s 1＋s 2＋R 2＜h ，粒子恰好又完成一个周期的圆周运动．在4t 0～5t 0时间

内，粒子运动到正极板（如图1所示）．因此粒子运动的最大半径

522h R =

⑶粒子在板间运动的轨迹如图2所示

解法二：由题意可知，电磁场的周期为2t 0，前半周期粒子受电场作用做匀加速直线运动，加速度大小为

qE a 0=

,方向向上

后半周期粒子受磁场作用做匀速圆周运动，周期为T,

t qB m T 00

2==

粒子恰好完成一次匀速圆周运动．至第n 个周期末，粒子位移大小为s n , 2

0)(2

1nt a s n =

又已知

mE h 200

10π=

由以上各式得：h n

s n 5

粒子速度大小为：

ant

v n =

粒子做圆周运动的半径为：

qB mv R n n 0

解得：h n R n π

显然：s 2＋R 2＜h ＜s 3

⑴粒子在0～t 0时间内的位移大小与极板间距h 的比值

11=

⑵粒子在极板间做圆周运动的最大半径 h R π

522=

⑶粒子在板间运动的轨迹图见解法一中的图2

图1

图2

带电粒子在复合场中的运动典型例题汇编

专题八带电粒子在复合场中的运动考纲解读 1.能分析计算带电粒子在复合场中的运动.2.能够解决速度选择器、磁流体发电机、质谱仪等磁场的实际应用问题 1．[带电粒子在复合场中的直线运动]某空间存在水平方向的匀强电场(图中未画出)，带电小球沿如图1所示的直线斜向下由A点沿直线向B点运动，此空间同时存在由A指向B的匀强磁场，则下列说确的是() A．小球一定带正电B．小球可能做匀速直线运动 C．带电小球一定做匀加速直线运动；D．运动过程中，小球的机械能增大；图1 2．[带电粒子在复合场中的匀速圆周运动]如图2所示，一带电小球在一正交电场、磁场区域里做匀速圆周运动，电场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里，则下列说确的是() A．小球一定带正电B．小球一定带负电； C．小球的绕行方向为顺时针；D．改变小球的速度大小，小球将不做圆周运动图2 考点梳理一、复合场 1．复合场的分类 (1)叠加场：电场、磁场、重力场共存，或其中某两场共存． (2)组合场：电场与磁场各位于一定的区域，并不重叠或相邻或在同一区域，电场、磁场交替出现． 2．三种场的比较项目名称力的特点功和能的特点重力场大小：G＝mg 方向：竖直向下重力做功与路径无关重力做功改变物体的重力势能静电场大小：F＝qE 方向：a.正电荷受力方向与场强方向相同 b.负电荷受力方向与场强方向相反电场力做功与路径无关 W＝qU 电场力做功改变电势能磁场洛伦兹力F＝q v B 方向可用左手定则判断洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的动能二、带电粒子在复合场中的运动形式 1．静止或匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于静止状态或做匀速直线运动． 2．匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小相等，方向相反时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面做匀速圆周运动． 3．较复杂的曲线运动当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一直线上，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线． 4．分阶段运动带电粒子可能依次通过几个情况不同的组合场区域，其运动情况随区域发生变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成．

粒子在复合场中的运动

带电粒子在复合场中的运动一、复合场的概念１.重力是否考虑：研究对象的重力是否要考虑，应根据题目的条件而定；一般情况下微观粒子重力不考虑，宏观物体的重力要考虑；２.电场力的大小及方向要会判断３.洛仑兹力的大小及方向要会判断二、复合场中的运动分类１.复合场分立在不同区域――应熟悉在各种场中的运动及相应解题方法（１）在电场中常考的运动：加（减）速直线――动能定理；类平抛――速度、位移的合成与分解。（２）在磁场中常考的运动：匀速圆周运动――定圆心、画轨迹、找几何关系列方程求解例１. 在平面直角坐标系xOy中，第Ⅰ象限存在沿y轴负方向的匀强电场，第Ⅳ象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度为B.一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从y轴正半轴上的M 点以速度v0垂直于y轴射入电场，经x轴上的N点与x轴正方向成θ＝60°角射入磁场，最后从y轴负半轴上的P点垂直于y轴射出磁场，如图所示，不计粒子重力，求 (1)M、N两点间的电势差U MN； (2)粒子在磁场中运动的轨道半径r； (3)粒子从M点运动到P点的总时间t. ２.复合场叠加在同一区域（１）当研究对象所受合外力为０时，静止或者匀速直线运动（２）当研究对象所受合外力与v共线时，匀变速直线运动例２.如图，两虚线之间的空间内存在着正交或平行的匀强电场E和匀强磁场B，有一个带正电的小球（电量为+q,质量为m）从正交或平行的电磁复合场上方的某一高度自由落下。那么小球可能沿直线通过下列哪个复合场（）重要结论1：在含有磁场的区域，研究对象做直线运动，则一定为匀速直线运动．（３）当研究对象所受合处力与v不共线时，曲线运动。（圆周运动或者复杂曲线） (圆周)例3. 如图所示，带电液滴从h高处自由落下，进入一个匀强电场与匀强磁场互相垂直的区域，磁场方向垂直纸面，电场强度为E，磁感应强度为B.已知液滴在此区域中做匀速圆周运动，则圆周运动的半径R=__________________ 重要结论2：在三个场都存在的时候，若研究对象做匀速圆周运动，则电场力一定与重力大小相等方(复杂曲线)例４.在空间有相互垂直的场强为E的匀强电场和磁感强度为B的匀强磁场，如图所示，一质量为m电荷量为e的电子从原点静止释放，不计重力。求电子在 y轴方向前进的最大距离Y m。重要结论３：当合外力大小和方向均变化，且与初速度方向不在一条直线上，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线。常用配速法对轨迹进行分解。

带电粒子在复合场中的运动分析及例题

专题带电粒子在复合场中的运动考点梳理一、复合场 1．复合场的分类 (1)叠加场：电场、磁场、重力场共存，或其中某两场共存． (2)组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠或相邻或在同一区域，电场、磁场交替出现．二、带电粒子在复合场中的运动形式 1．静止或匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于静止状态或做匀速直线运动． 2．匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小相等，方向相反时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动． 3．较复杂的曲线运动当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一直线上，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线． 4．分阶段运动带电粒子可能依次通过几个情况不同的组合场区域，其运动情况随区域发生变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成．

【规律总结】带电粒子在复合场中运动的应用实例 1．质谱仪 (1)构造：如图5所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成．图5 (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qU ＝1 2 m v 2. 粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式q v B ＝m v 2r . 由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 ＝1B 2mU q ，m ＝qr 2B 22U ，q m ＝2U B 2r 2 . 2．回旋加速器 (1)构造：如图6所示，D 1、D 2是半圆形金属盒，D 形盒的缝隙处接交流电源，D 形盒处于匀强磁场中． (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q v B ＝m v 2 r ，得 E km ＝q 2B 2r 2 2m ，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B 和D 形盒图6 半径r 决定，与加速电压无关．特别提醒这两个实例都应用了带电粒子在电场中加速、在磁场中偏转(匀速圆周运动) 的原理． 3．速度选择器(如图7所示)(1)平行板中电场强度E 和磁感应强度B 互相垂直．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． (2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE ＝q v B ，即v ＝E B . 图7 4．磁流体发电机 (1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能． (2)根据左手定则，如图8中的B 是发电机正极． (3)磁流体发电机两极板间的距离为L ，等离子体速度为v ，磁场的磁感应强度为B ，则由qE ＝q U L ＝q v B 得两极板间能达到的最大电势图8

带电粒子在复合场中运动的经典例题解析

2015年带电粒子在复合场中运动的经典例题 1、（15分）如图所示，MN、PQ是平行金属板，板长为L，两板间距离为d，在PQ板的上方有垂直纸面向里的匀强磁场。一个电荷量为q、质量为m的带负电粒子以速度v0从MN板边缘沿平行于板的方向射入两板间，结果粒子恰好从PQ板左边缘飞进磁场，然后又恰好从PQ板的右边缘飞进电场。不计粒子重力。试求：（1）两金属板间所加电压U的大小；（2）匀强磁场的磁感应强度B的大小；（3）在图中画出粒子再次进入电场的运动轨迹，并标出粒子再次从电场中飞出的位置与速度方向。 B 2．（16分）如图，在x oy平面内，MN和x轴之间有平行于y轴的匀强电场和垂直于x oy 平面的匀强磁场，y轴上离坐标原点4 L的A点处有一电子枪，可以沿+x方向射出速度为v0的电子（质量为m，电量为e）。如果电场和磁场同时存在，电子将做匀速直线运动.如果撤去电场，只保留磁场，电子将从x轴上距坐标原点3L的C点离开磁场.不计重力的影响，求：（1）磁感应强度B和电场强度E的大小和方向；（2）如果撤去磁场，只保留电场，电子将从D点（图中未标出）离开电场，求D点的坐标；（3）电子通过D点时的动能。 3．（12分）如图所示，在y＞0的空间中，存在沿y轴正方向的匀强电场E；在y＜0的空间中，存在沿y轴负方向的匀强电场，场强大小也为E，一电子（电量为－e，质量为m）在y 轴上的P（0，d）点以沿x轴正方向的初速度v0开始运动，不计电子重力，求：（1）电子第一次经过x轴的坐标值

（2）电子在y方向上运动的周期（3）电子运动的轨迹与x轴的各个交点中，任意两个相邻交点间的距离（4）在图上画出电子在一个周期内的大致运动轨迹 4．（16分）如图所示，一个质量为m=2.0×10-11kg，电荷量q=+1.0×10-5C的带电微粒（重力忽略不计），从静止开始经U=100V电压加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场中。金属板长L=20cm，两板间距d=103cm。求：⑴微粒进入偏转电场时的速度v是多大？⑵若微粒射出电场过程的偏转角为θ=30°，并接着进入一个方向垂直与纸面向里的匀强磁场区，则两金属板间的电压U2是多大？⑶若该匀强磁场的宽度为D=103cm，为使微粒不会由磁场右边射出，该匀强磁场的磁感应强度B至少多大？ 5、如图所示，两个共轴的圆筒形金属电极，外电极接地，其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝a、b、c和d，外筒的外半径为r，在圆筒之外的足够大区域中有平行于轴线方向的均匀磁场，磁感强度的大小为B。在两极间加上电压，使两圆筒之间的区域内有沿半径向外的电场。一质量为ｍ、带电量为＋q的粒子，从紧靠内筒且正对狭缝a的S点出发，初速为零。如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点S，则两电极之间的电压U应是多少？（不计重力，整个装置在真空中）解析：如图所示，带电粒子从S点出发，在两筒之间的电场作用下加速，沿径向穿过狭缝a而进入磁场区，在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动。粒子再回到S点的条件是能沿径向穿过狭缝d.只要穿过了d，粒子就会在电场力作用下先减速，再反向加速，经d重新进入磁场区，然后粒子以同样方式经过c、b，再回到S点。设粒子进入磁场区的速度大小为V，根据动能定理，有

带电粒子在复合场中运动的17个经典例题

物理带电粒子在复合场中的运动练习题及答案

一、带电粒子在复合场中的运动专项训练 1．小明受回旋加速器的启发，设计了如图1所示的“回旋变速装置”．两相距为d 的平行金属栅极板M 、N ，板M 位于x 轴上，板N 在它的正下方．两板间加上如图2所示的幅值为U 0的交变电压，周期02m T qB π= ．板M 上方和板N 下方有磁感应强度大小均为B 、方向相反的匀强磁场．粒子探测器位于y 轴处，仅能探测到垂直射入的带电粒子．有一沿x 轴可移动、粒子出射初动能可调节的粒子发射源，沿y 轴正方向射出质量为m 、电荷量为q （q ＞0）的粒子．t =0时刻，发射源在（x ，0）位置发射一带电粒子．忽略粒子的重力和其它阻力，粒子在电场中运动的时间不计．（1）若粒子只经磁场偏转并在y =y 0处被探测到，求发射源的位置和粒子的初动能；（2）若粒子两次进出电场区域后被探测到，求粒子发射源的位置x 与被探测到的位置y 之间的关系【来源】【省级联考】浙江省2019届高三上学期11月选考科目考试物理试题【答案】（1）00x y = ， ()2 02qBy m （2）见解析【解析】【详解】（1）发射源的位置00x y =，粒子的初动能：()2 00 2k qBy E m = ；（2）分下面三种情况讨论：（i ）如图1，002k E qU > 由02101mv mv mv y R R Bq Bq Bq = ==、、，

和 221001122mv mv qU =-，222101122 mv mv qU =-，及()012x y R R =++，得() () 2 2 002 224x y yqB mqU yqB mqU qB qB =+ ++ +；（ii ）如图2，0002k qU E qU << 由02 0mv mv y d R Bq Bq --==、，和 22 0201122 mv mv qU =+，及()032x y d R =--+，得() 2 2202 3)2x y d y d q B mqU qB =-++++（；（iii ）如图3，00k E qU < 由02 0mv mv y d R Bq Bq --==、，和 22 0201122 mv mv qU =-，及()04x y d R =--+，得() 2 2204 2x y d y d q B mqU qB =--+- 2．利用电场和磁场，可以将比荷不同的离子分开，这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用．如图所示的矩形区域ACDG(AC 边足够长)中存在垂直于纸面的匀强磁场，A 处有一狭缝．离子源产生的离子，经静电场加速后穿过狭缝沿垂直于GA 边且垂直

(九) 带电粒子在复合场中的运动

(九) 带电粒子在复合场中的运动 1.(2019·山师大附中模拟)如图1所示，两平行金属板E 、F 之间电压为U ，两足够长的平行边界MN 、PQ 区域内，有垂直纸面向外的匀强磁场，一质量为m 、带电荷量为＋q 的粒子(不计重力)，由E 板中央处静止释放，经F 板上的小孔射出后，垂直进入磁场，且进入磁场时与边界MN 成60°角，磁场区域的两平行边界MN 和PQ 之间的距离为d .求：图1 (1)粒子离开电场时的速度大小； (2)若粒子最终从磁场边界MN 离开磁场，磁感应强度的范围．答案 (1) 2qU m (2)B ≥3 2d 2mU q 解析 (1)粒子在电场中加速，由动能定理有： qU ＝1 2 m v 2，解得v ＝ 2qU m . (2)粒子在磁场中的运动轨迹刚好与PQ 相切时的轨道半径，是粒子从边界MN 离开磁场最大轨道半径，如图所示：由几何知识得：d ＝r ＋r sin 30°，粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：q v B ＝m v 2r 解得B ＝ 3 2d 2mU q .若粒子最终从磁场边界MN 离开磁场，则磁感应强度：B ≥3 2d 2mU q .

2．(2017·天津理综)平面直角坐标系xOy 中，第Ⅰ象限存在垂直于平面向里的匀强磁场，第Ⅲ象限存在沿y 轴负方向的匀强电场，如图2所示．一带负电的粒子从电场中的Q 点以速度v 0沿x 轴正方向开始运动．Q 点到y 轴的距离为到x 轴距离的2倍．粒子从坐标原点O 离开电场进入磁场，最终从x 轴上的P 点射出磁场，P 点到y 轴距离与Q 点到y 轴距离相等．不计粒子重力，问：图2 (1)粒子到达O 点时速度的大小和方向； (2)电场强度和磁感应强度的大小之比．答案 (1)2v 0 方向与x 轴正方向成45°角斜向上 (2)v 02 解析 (1)在电场中，粒子做类平抛运动，设Q 点到x 轴距离为L ，到y 轴距离为2L ，粒子的加速度为a ，运动时间为t ，有2L ＝v 0t ① L ＝1 2 at 2② 设粒子到达O 点时沿y 轴方向的分速度为v y v y ＝at ③ 设粒子到达O 点时速度方向与x 轴正方向夹角为α，有 tan α＝v y v 0 ④ 联立①②③④式得α＝45°⑤ 即粒子到达O 点时速度方向与x 轴正方向成45°角斜向上．设粒子到达O 点时速度大小为v ，由运动的合成有 v ＝ v 02＋v y 2⑥ 联立①②③⑥式得v ＝2v 0⑦ (2)设电场强度为E ，粒子电荷量为q ，质量为m ，粒子在电场中受到的电场力为F ，由牛顿第二定律可得

带电粒子在复合场中的运动(总结)

带电粒子在复合场中的运动一、带电粒子在复合场中的运动１、复合场的分类 (1)叠加场：电场、磁场、重力场共存,或其中某两场共存。 (2)组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠或在同一区域，电场、磁场交替出现。 2、带电粒子在复合场中的运动分类 (１)静止或匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力为零时,将处于静止状态或做匀速直线运动。 (2)匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小相等、方向相反时(即：Eq＝mg),带电粒子在洛伦兹力的作用下,在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动（即：Bqv= 2 v m r )。（３)非匀变速曲线运动当带电粒子所受的合外力的大小和方向均变化,且与初速度方向不在同一条直线上时，粒子做非匀变速曲线运动,这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线。 (4)分阶段运动带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域，其运动情况随区域发生变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成。二、带电粒子在复合场中运动的实例分析１、速度选择器 (1) 带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE=ｑv B，即ｖ= （２）平行板中电场强度Ｅ和磁感应强度B互相垂直.这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来。只选择速度，与粒子的正负和带电量无关。 2、质谱仪 (1)构造:如图所示，由粒子源、加速电场、速度选择器、偏转磁场和照相底片等构成。 (2)原理： ①粒子由静止在加速电场中被加速:qU＝错误!mv２。 ②粒子在速度选择器中,进行速度筛选。凡是速度满足ｖ=E B,才能顺 O

利进入偏转磁场。 ③粒子进入偏转磁场,受洛伦兹力偏转，做匀速圆周运动。根据牛顿第二定律得关系式qvB＝m得出: mv r Bq = 由图可知: 2mv op=2r= Bq L=得出： q2 m v BL = 3、回旋加速器 (１）构造:如图所示，D1、D2是半圆金属盒,D形盒的缝隙处接交流电源。D形盒处于匀强磁场中。 (2)原理:粒子从D1型盒中心附近射出。经过D形盒缝隙间的电场加速，获得一定的速度后，进入D2型盒区域，发生偏转（半圆）后,再次进入电场，电场反向，粒子再次被加速后，再次进入D１型盒区域，发生偏转（半圆)。此过程交替进行, 粒子最终从D型盒边界射出。由q vＢ=＼f(m v2,R)得： mv r Bq = 当粒子圆周运动的半径为D型盒半径Ｒ时,速度最大V max=BqR m 则：E kｍax=q2B2R2 2m，特点：①交流电的周期和粒子做匀速圆周运动的周期相等。 ②粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径R决定，与加速电压无关。 4、磁流体发电机 (1)等离子体:等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质。 (2)根据左手定则，如图中的B板是发电机正极。 (３）原理：等离子体中的正、负离子，在洛伦兹力的作用下横向偏转,A、Ｂ间出现电势差,形成电场。当正、负离子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。磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为v，磁场的磁感应强度为B，则由qE＝q v B得:E=Bｖ进而得出：两极板间能达到的稳定的电势差U＝Bｖd

带电粒子在复合场中运动的17个经典例题

经典习题 1、（15分）如图所示，MN 、PQ 是平行金属板，板长为L ，两板间距离为d ，在PQ 板的上方有垂直纸面向里的匀强磁场。一个电荷量为q 、质量为m 的带负电粒子以速度v 0从MN 板边缘沿平行于板的方向射入两板间，结果粒子恰好从PQ 板左边缘飞进磁场，然后又恰好从PQ 板的右边缘飞进电场。不计粒子重力。试求：（1）两金属板间所加电压U 的大小；（2）匀强磁场的磁感应强度B 的大小；（3）在图中画出粒子再次进入电场的运动轨迹，并标出粒子再次从电场中飞出的位置与速度方向。 2．（16分）如图，在x oy 平面内，MN 和x 轴之间有平行于y 轴的匀强电场和垂直于x oy 平面的匀强磁场，y 轴上离坐标原点4 L 的A 点处有一电子枪，可以沿+x 方向射出速度为v 0的电子（质量为m ，电量为e ）。如果电场和磁场同时存在，电子将做匀速直线运动.如果撤去电场，只保留磁场，电子将从x 轴上距坐标原点3L 的C 点离开磁场.不计重力的影响，求：（1）磁感应强度B 和电场强度E 的大小和方向；（2）如果撤去磁场，只保留电场，电子将从D 点（图中未标出）离开电场，求D 点的坐标；（3）电子通过D 点时的动能。 3．（12分）如图所示，在y ＞0的空间中，存在沿y 轴正方向的匀强电场E ；在y ＜0的空间中，存在沿y 轴负方向的匀强电场，场强大小也为E ，一电子（电量为－e ，质量为m ）在y 轴上的P （0，d ）点以沿x 轴正方向的初速度v 0开始运动，不计电子重力，求：（1）电子第一次经过x 轴的坐标值（2）电子在y 方向上运动的周期（3）电子运动的轨迹与x 轴的各个交点中，任意两个相邻交点间的距离（4）在图上画出电子在一个周期内的大致运动轨迹 4．（16分）如图所示，一个质量为m =2.0×10-11kg ，电荷量 q =+1.0×10-5C 的带电微粒（重力忽略不计），从静止开始经U =100V 电压加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场中。金属板长L =20cm ，两板间距d =103cm 。求：⑴微粒进入偏转电场时的速度v 是多大？⑵若微粒射出电场过程的偏转角为θ=30°，并接着进入一个方向垂直与纸面向里的匀强磁场区，则两金属板间的电压U 2是多大？⑶若该匀强磁场的宽度为D =103cm ，为使微粒不会由磁场右边射出，该匀强磁场的磁感应强度B 至少多大？ 5、如图所示，两个共轴的圆筒形金属电极，外电极接地， B U 1 U 2 v v 0 B M N P Q m,-q L d

带电粒子在复合场中的运动(总结)

带电粒子在复合场中的运动一、带电粒子在复合场中的运动 1、复合场的分类 (1)叠加场：电场、磁场、重力场共存，或其中某两场共存。 (2)组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠或在同一区域，电场、磁场交替出现。 2、带电粒子在复合场中的运动分类 (1)静止或匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于静止状态或做匀速直线运动。 (2)匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小相等、方向相反时（即：Eq=mg ），带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动（即：Bqv =2v m r ）。 (3)非匀变速曲线运动当带电粒子所受的合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一条直线上时，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线。 (4)分阶段运动带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域，其运动情况随区域发生变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成。二、带电粒子在复合场中运动的实例分析 1、速度选择器 (1) 带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE ＝q v B ，即v ＝E B (2)平行板中电场强度E 和磁感应强度B 互相垂直．这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来。只选择速度，与粒子的正负和带电量无关。 2、质谱仪 (1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、速度选择器、偏转磁场和照相底片等构成。 (2)原理： ①粒子由静止在加速电场中被加速：qU ＝12 mv 2。 ②粒子在速度选择器中，进行速度筛选。凡是速度满足v ＝E B ，才O

能顺利进入偏转磁场。 ③粒子进入偏转磁场，受洛伦兹力偏转，做匀速圆周运动。根据牛顿第二定律得关系式qvB ＝m v 2r 得出：mv r Bq = 由图可知：2mv op =2r = Bq L = 得出：q 2m v BL = 3、回旋加速器 (1)构造：如图所示，D 1、D 2是半圆金属盒，D 形盒的缝隙处接交流电源。D 形盒处于匀强磁场中。 (2)原理：粒子从D 1型盒中心附近射出。经过D 形盒缝隙间的电场加速，获得一定的速度后，进入D 2型盒区域，发生偏转（半圆）后，再次进入电场，电场反向，粒子再次被加速后，再次进入D 1型盒区域，发生偏转（半圆）。此过程交替进行，粒子最终从D 型盒边界射出。由q v B ＝m v 2R 得：mv r Bq = 当粒子圆周运动的半径为D 型盒半径R 时，速度最大V max =BqR m 则：E kmax ＝q 2B 2R 2 2m ，特点：①交流电的周期和粒子做匀速圆周运动的周期相等。 ②粒子获得的最大动能由磁感应强度B 和D 形盒半径R 决定，与加速电压无关。 4、磁流体发电机 (1)等离子体：等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质。 (2 )根据左手定则，如图中的B 板是发电机正极。 (3) 原理：等离子体中的正、负离子，在洛伦兹力的作用下横向偏转，A 、B 间出现电势差，形成电场。当正、负离子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。磁流体发电机两极板间的距离为d ，等离子体速度为v ，磁场的磁感应强度为B ，则由qE ＝q v B 得：E=Bv 进而得出：两极板间能达到的稳定的电势差U ＝B v d 5、电磁流量计

带电粒子在复合场中的运动-高中物理专题(含解析)

带电粒子在复合场中的运动目标： 1. 掌握带电粒子在电场、磁场中运动的特点 2. 理解复合场、组合场对带电粒子受力的分析。重难点：重点：带电粒子在电场、磁场中运动的特点；带电粒子在复合场中受力分析难点：带电粒子在复合场中运动受力与运动结合。知识：知识点1 带电粒子在复合场中的运动 1．复合场的分类 (1)叠加场：电场、磁场、重力场共存，或其中某两场共存． (2)组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，或相邻或在同一区域电场、磁场交替出现． 2．带电粒子在复合场中的运动形式 (1)静止或匀速直线运动：当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于静止状态或做匀速直线运动． (2)匀速圆周运动：当带电粒子所受的重力与电场力大小相等，方向相反时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动． (3)较复杂的曲线运动：当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一直线上，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线．易错判断 (1)带电粒子在复合场中不可能处于静止状态．(×) (2)带电粒子在复合场中可能做匀速圆周运动．(√) (3)带电粒子在复合场中一定能做匀变速直线运动．(×) 知识点2 带电粒子在复合场中的运动实例 1．质谱仪 (1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成． (2)原理：粒子由静止被加速电场加速，qU ＝12mv 2. 粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB ＝m v 2r . 由以上两式可得r m ＝qr 2B 22U ， q m ＝2U B 2r 2. 2．回旋加速器

带电粒子在复合场中的运动(高考真题)

带电粒子在复合场中的运动 (2007年全国卷2)25.（20分）如图所示，在坐标系Oxy 的第一象限中在在沿y 轴正向的匀强电场，场强大小为E 。在其它象限中在在匀强磁场，磁场向垂直于纸面向里，A 是y 轴上的一点，它到坐标原点O 的距离为h ；C 是x 轴上的一点，到O 点的距离为l ，一质量为m 、电荷量为q 的带负电的粒子以某一初速度沿x 轴向从A 点进入电场区域，继而通过 C 点进入磁场区域，并再次通过A 点，此时速度向与y 轴正向成锐角。不计重力作用。试求：（1）粒子经过C 点时速度的大小和向；（2）磁感应强度的大小B 。（2008年全国卷1）25．（22分）如图所示，在坐标系xOy 中，过原点的直线OC 与x 轴正向的夹角φ=120o。在OC 右侧有一匀强电场；在第二、三象限有一匀强磁场，其上边界与电场边界重叠、右边界为y 轴、左边界为图中平行于y 轴的虚线，磁场的磁感应强度大小为B ，向垂直纸面向里。一带正电荷q 、质量为m 的粒子以某一速度自磁场左边界上的A 点射入磁场区域，并从O 点射出。粒子射出磁场的速度向与x 轴的夹角θ=30o，大小为v 。粒子在磁场中的运动轨迹为纸面的一段圆弧，且弧的半径为磁场左右边界间距的两倍。粒子进入电场后，在电场力的作用下又由O 点返回磁场区域，经过一段时间后再次离开磁场。已知粒子从A 点射入到第二次离开磁场所用的时间恰好等于粒子在磁场中做圆运动的期。忽略重力的影响。求： ⑴粒子经过A 点时速度的向和A 点到x 轴的距离； ⑵匀强电场的大小和向； ⑶粒子从第二次离开磁场到再次进入电场时所用的时间。 O v A B C y θ φ

带电粒子在复合场中运动的应用实例(含答案)

考点一带电粒子在复合场中运动的应用实例 1．质谱仪(如图 1) 原理：粒子由静止被加速电场加速，qU ＝ 2 2 1mv . 粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB ＝m r v 2 . 由以上两式可得 q mU B r 21=,U B qr m 222=,222r B U m q = 2．回旋加速器(如图2) 原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子经电场加速，经磁场回旋，由qvB ＝m r v 2. ，得E km ＝m B qr 22 2 ，可见同种粒子获得的最大动能由磁感应强度B 和D 形盒半径r 决定，与加速电压无关． 3．速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计和霍尔元件一般以单个带电粒子为研究对象，在洛伦兹力和电场力平衡时做匀速直线运动达到稳定状态，从而求出相应的物理量，区别见下表.

例1 (2018·浙江4月选考·22)【加试题】压力波测量仪可将待测压力波转换成电压信号，其原理如图l所示，压力波p(t)进入弹性盒后，通过与铰链O相连的L型轻轩，驱动杆端头A处的微型霍尔片在磁场中沿x轴方向做微小振动，其位移x与压力p成正比（x=αp，α>0）．霍尔片的放大图如图2所示，它由长×宽×厚=a×b×d。单位体积内自由电子数为n的N型半导体制成。磁场方向垂直于x轴向上，磁感应强度大小为B=B0(1-β|x|)，β>0。无压力波传入时，霍尔片静止在x=0处，此时给霍托片通以沿C l C2方向的电流I，则在侧面上D1D2两点间产生霍尔电压U0。 (1)D1D2两点哪点电势高； (2)推导出U0与I、B0之间的关系式(提示：电流I与自由电子定向移动速率v 之间的关系为I=nevbd，其中e为电子电荷量)； (3)弹性盒中输入压力波p(t)，霍尔片中通以相同电流，测得霍尔电压UH随时间t交化图像如图3，忽略霍尔片在磁场中运动产生的电动势和阻尼，求压力波的振幅和频率(结果用U0、U1、t0、α及β表示)。解析(1)N型半导体可以自由移动的是电子(题目也给出了自由电子)，根据左手定则可以知道电子往D2端移动，因此D1点电势高． (2)根据霍尔元件内部电子受的洛伦兹力和电场力平衡得： 0evB b U e=nevbd I= 解得 ned I B U0 = (3)由任意时刻霍尔元件内部电子受的洛伦兹力和电场力平衡得： evB b U e= (1) ))( 1( ) 1(0 0t p ned IB x ned IB ned IB U H α β β- = - = = (2) 根据图象可知压力波p(t)关于时间t是一个正弦函数，其绝对值的周期是原函数周期的一半，根据图象可知|p(t)|关于t的周期是t0，则p(t)关于t的周期是2t0，

年带电粒子在复合场中运动的经典例题解析

2015年带电粒子在复合场中运动的经典例题１、(1５分)如图所示，M Ｎ、P Ｑ是平行金属板，板长为L ，两板间距离为d ，在PQ 板的上方有垂直纸面向里的匀强磁场。一个电荷量为q 、质量为m 的带负电粒子以速度v 0从MN 板边缘沿平行于板的方向射入两板间,结果粒子恰好从ＰQ 板左边缘飞进磁场,然后又恰好从P Ｑ板的右边缘飞进电场。不计粒子重力。试求： (１)两金属板间所加电压Ｕ的大小; （2)匀强磁场的磁感应强度B 的大小; （3)在图中画出粒子再次进入电场的运动轨迹,并标出粒子再次从电场中飞出的位置与速度方向。２．（16分)如图,在x ｏy 平面内，MN 和ｘ轴之间有平行于y 轴的匀强电场和垂直于x o ｙ平面的匀强磁场,y 轴上离坐标原点4 L 的A 点处有一电子枪，可以沿+x 方向射出速度为ｖ０的电子（质量为ｍ,电量为e)。如果电场和磁场同时存在，电子将做匀速直线运动.如果撤去电场,只保留磁场,电子将从x 轴上距坐标原点3L 的Ｃ点离开磁场.不计重力的影响,求： (１)磁感应强度B 和电场强度E 的大小和方向; (2）如果撤去磁场,只保留电场,电子将从D 点（图中未标出)离开电场，求D 点的坐标； (3）电子通过D 点时的动能。 3.（１2分）如图所示，在y ＞０的空间中，存在沿ｙ轴正方向的匀强电场E ；在y <0的空间中,存在沿y 轴负方向的匀强电场，场强大小也为E ，一电子(电量为－e ，质量为m )在y 轴上的P (0，d )点以沿ｘ轴正方向的初速度v 0开始运动，不计电子重力，求：（１)电子第一次经过x 轴的坐标值 v 0 B M N P Q m,-q L d

带电粒子在复合场中的运动(整理)

专题：带电粒子在复合场中的运动一、复合场及其特点这里所说的复合场是指电场、磁场、重力场并存，或其中某两种场并存的场．带电粒子在这些复合场中运动时，必须同时考虑电场力、洛仑兹力和重力的作用或其中某两种力的作用，因此对粒子的运动形式的分析就显得极为重要．二、带电粒子在复合场电运动的基本分析 1．当带电粒子在复合场中所受的合外力为0时，粒子将做匀速直线运动或静止． 2．当带电粒子所受的合外力与运动方向在同一条直线上时，粒子将做变速直线运动．3．当带电粒子所受的合外力充当向心力时，粒子将做匀速圆周运动． 4．当带电粒子所受的合外力的大小、方向均是不断变化的时，粒子将做变加速运动，这类问题一般只能用能量关系处理．三、电场力和洛仑兹力的比较 1．在电场中的电荷，不管其运动与否，均受到电场力的作用；而磁场仅仅对运动着的、且速度与磁场方向不平行的电荷有洛仑兹力的作用． 2．电场力的大小F＝Eq，与电荷的运动的速度无关；而洛仑兹力的大小f=Bqvsinα,与电荷运动的速度大小和方向均有关． 3．电场力的方向与电场的方向或相同、或相反；而洛仑兹力的方向始终既和磁场垂直，又和速度方向垂直． 4．电场力既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向，而洛仑兹力只能改变电荷运动的速度方向，不能改变速度大小 5．电场力可以对电荷做功，能改变电荷的动能；洛仑兹力不能对电荷做功，不能改变电荷的动能． 6．匀强电场中在电场力的作用下，运动电荷的偏转轨迹为抛物线；匀强磁场中在洛仑兹力的作用下，垂直于磁场方向运动的电荷的偏转轨迹为圆弧．四、对于重力的考虑重力考虑与否分三种情况．（1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等一般不做特殊交待就可以不计其重力，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、金属块等不做特殊交待时就应当考虑其重力．（2)在题目中有明确交待的是否要考虑重力的，这种情况比较正规，也比较简单．（3)对未知名的带电粒子其重力是否忽略又没有明确时，可采用假设法判断，假设重力计或者不计，结合题给条件得出的结论若与题意相符则假设正确，否则假设错误．五、复合场中的特殊物理模型 1．粒子速度选择器 2．磁流体发电机 3．电磁流量计． 4．质谱仪 5．回旋加速器

带点粒子在复合场中的运动

带电粒子在复合场中的运动的小物体在斜面上由静止开始下滑(设斜面足够长)如图所示，滑 1．直线运动(匀速直线运动) 到某一位置开始离开，求：小球能在斜面上滑行的时间。 2．匀速圆周运动 3．自由的曲线运动 4．有约束复合场【例 2】空间存在水平方向互相正交的匀强电场和匀强磁场，电场强度E 【例3】如图所示，套在足够长的绝缘粗糙直棒上的带正电小球，其质量＝ N/C ，磁感应强度B ＝1T ，方向如图所示。有个质量m ＝2.0×10－6kg 、带正电荷q ＝2.0×10－6C 的微粒在空间作直线运动，试求其速度的大小和方向。 A ．小球速度一直增大，直到最后匀速 B ．小球加速度一直增大 C ．小球对杆的弹力一直减小 D ．小球所受的洛伦兹力一直增大，直到最后不变 1 【例1】将倾角为θ的光滑绝缘斜面放置在一个足够大的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度为B ，一个质量为m 、带电量为-q m ，带电量q ，小球可在棒上滑动，现将此棒竖直放入沿水平方向且互相垂直的匀强磁场和匀强电场中，设小球电荷量不变，小球由静止下滑的过程中( )

【例 4】如图所示，在粗糙的足够长的竖直木杆上套有一个带正电小球，整个装置处在有水平匀强电场和垂直于纸面向里的匀强组成的足够大的复合场中，小球由静止开始下滑，在整个运动过程中，关于描述小球运动的v-t 图象中正确的是( ) 【例 6】在如图所示的直角坐标系中，坐标原点O 处固定有正点电荷，另【例7】如图所示，光滑足够长水平面MN 上方存在着水平向右的匀强电有平行于轴的匀强磁场。一个质量为m ，带电量+q 的微粒，恰场，场强大小为E=10N/C ，和垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感能以y 轴上O′(0，a ，0)点为圆心作匀速圆周运动，其轨迹平面与应强度大小为B=10T 。将一个质量为m=0.1g ，带正电量为q=10- xOz 平面平行，角速度为ω，旋转方向如图中箭头所示。试求匀 5C 的滑块(可视为质点)在图中M 点由静止释放。(重力加速度强磁 g=10m/s 2)。场的磁感应强度大小和方向。 (2)滑块沿水平面滑动的最大距离； (3)滑块沿水平面滑动的最大时间． 2 【例5】如图所示，在MN 、PQ 间同时存在匀强磁场和匀强电场，磁场方向垂直纸面水平向外，电场在图中没有标出。一带电小球从 a 点射入场区，并在竖直面内沿直线运动至b 点，则小球( ) A ．一定带正电 B ．受到电场力的方向一定水平向右 C ．从a 到b 过程，克服电场力做功 D ．从a 到b 过程中可能做匀加速运动求： (1)滑块沿水平面滑动的最大速度；

带电粒子在复合场中的运动解析

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粒子在复合场中的运动

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