带电粒子在复合场中运动(精品上课用)

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带电粒子在复合场中的运动 课件

带电粒子在复合场中的运动  课件

设磁感应强度的大小为 B,粒子做匀速圆周运动的半径为 R, 洛伦兹力提供向心力,有:qvB=mvR2
根据几何关系可知:R= 2L 解得:B=mqvL0 整理可得:EB=v20.
考向 2 先在磁场中做圆周运动再在电场中偏转 【典题 2】如图 8-3-6 所示,第一象限内存在沿 y 轴负方向的匀强电场,电场强度大 小为 E,第二、三、四象限存在方向垂直 xOy 平面向外的匀强 磁场,其中第二象限的磁感应强度大小为 B,第三、四象限磁 感应强度大小相等,一带正电的粒子,从 P(-d,0)点沿与 x 轴 正方向成α=60°角平行 xOy 平面入射,经第二象限后恰好由 y 轴上的 Q 点(图中未画出)垂直 y 轴进入第一象限,之后经第四、 三象限重新回到 P 点,回到 P 点时速度方向与入射时的方向相 同,不计粒子重力,求:
(1)粒子从 P 点入射时的速度 v0. (2)第三、四象限磁感应强度的大小 B′.
图 8-3-6
解:(1)粒子从 P 点射入磁场中做匀速圆周运动,画出轨迹 如图 D45 所示,设粒子在第二象限做圆周运动的半径为 r,由
几何知识得:
r=sind α=sind60°=2
3d 3
根据 qv0B=mrv20得 v0=2
匀速圆周运动,r=mBvq0,T =2Bπqm
类 平 抛 运 动 , vx = v0 , vy =Emqt,x=v0t,y=2Emqt2
t=2θπ·T=θBmq
t=vL0
不变
变化
考向 1 先在电场中偏转再在磁场中做圆周运动 【典题 1】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 8-3-5 所示.一带负电的粒子从电场中的 Q 点以速度 v0 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:

带电粒子在复合场中的运动(含详细解析过程)

带电粒子在复合场中的运动(含详细解析过程)

带电粒子在复合场中的运动1、如图所示,在y > 0的空间中存在匀强电场,场强沿y 轴负方向;在y < 0的空间中,存在匀强磁场,磁场方向垂直xy 平面(纸面)向外.一电量为q 、质量为m 的带正电的运动粒子,经过y 轴上y = h 处的点P1时速率为v0,方向沿x 轴正方向,然后经过x 轴上x = 2h 处的P2点进入磁场,并经过y 轴上y = – 2h 处的P3点.不计粒子的重力,求 (1)电场强度的大小;(2)粒子到达P2时速度的大小和方向; (3)磁感应强度的大小. 2、如图所示的区域中,第二象限为垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B ,第一、第四象限是一个电场强度大小未知的匀强电场,其方向如图。

一个质量为m ,电荷量为+q 的带电粒子从P 孔以初速度v0沿垂直于磁场方向进入匀强磁场中,初速度方向与边界线的夹角θ=30°,粒子恰好从y 轴上的C孔垂直于匀强电场射入匀强电场,经过x 轴的Q 点,已知OQ=OP ,不计粒子的重力,求:(1)粒子从P 运动到C 所用的时间t ; (2)电场强度E 的大小;(3)粒子到达Q 点的动能Ek 。

3、如图所示,半径分别为a 、b 的两同心虚线圆所围空间分别存在电场和磁场,中心O 处固定一个半径很小(可忽略)的金属球,在小圆空间内存在沿半径向内的辐向电场,小圆周与金属球间电势差为U ,两圆之间的空间存在垂直于纸面向里的匀强磁场,设有一个带负电的粒子从金属球表面沿+x 轴方向以很小的初速度逸出,粒子质量为m ,电量为q ,(不计粒子重力,忽略粒子初速度)求:(1)粒子到达小圆周上时的速度为多大?(2)粒子以(1)中的速度进入两圆间的磁场中,当磁感应强度超过某一临界值时,粒子将不能到达大圆周,求此最小值B 。

(3)若磁感应强度取(2)中最小值,且b =(2+1)a ,要粒子恰好第一次沿逸出方向的反方向回到原出发点,粒子需经过多少次回旋?并求粒子在磁场中运动的时间。

带电粒子在复合场中的运动(整理).

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=Bqvsina,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1.如图所示,在X轴上方有匀强电场,场强为E;在X轴下方有匀强磁场,磁感应强度为B,方向如图,在x轴上有一点M,离。

带电粒子在复合场中的运动 课件

带电粒子在复合场中的运动  课件

3.各种场力的特点 (1)重力的大小为mg,方向竖直向下,重力做 功与路径无关,重力势能的变化总是与重力 做功相对应. (2)电场力与电荷的性质及电场强度有关,电 场力做功与路径无关,电势能的变化总是与 电场力做功相对应. (3)洛伦兹力的大小F=qvB,其方向与速度方 向垂直,所以洛伦兹力不做功.
【答案】 见解析 【名师归纳】 分析组合场中粒子的运动时,应 分别分析粒子在隔离场中的受力情况及运动轨迹, 从而选取适当的规律列式求解,且要注意粒子在 两场交界处的关键点.
带电粒子在“复合场”中的运动
例2 如图8-3-9甲所示,宽度为d的竖直狭长 区域内(边界为L1、L2),存在垂直纸面向里的匀 强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场(如图 乙所示),电场强度的大小为E0,E>0表示电场 方向竖直向上.t=0时,一带正电、质量为m的 微粒从左边界上的N1点以水平速度v射入该区域, 沿直线运动到Q点后,做一次完整的圆周运动, 再沿直线运动到右边界上的N2点.Q为线段N1N2 的中点,重力加速度为g.上述d、E0、m、v、g为 已知量.
(5)画出粒子运动轨迹,灵活选择不同的运动 规律.
①当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时, 根据受力平衡列方程求解.
②当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时, 应用牛顿定律结合圆周运动规律求解.
③当带电粒子做复杂曲线运动时,一般用动 能定理或能量守恒定律求解. ④对于临界问题,注意挖掘隐含条件.
2.复合场中粒子重力是否考虑的三种情况 (1)对于微观粒子,如电子、质子、离子等,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、金属块等一般应当考虑其重力. (2)在题目中有明确说明是否要考虑重力的,这种 情况比较正规,也比较简单. (3)不能直接判断是否要考虑重力的,在进行受力 分析与运动分析时,要由分析结果确定是否要考 虑重力.

带电粒子在复合场中的运动讲课文档

带电粒子在复合场中的运动讲课文档
D.运动的速度为 E
B
答案 C 带电粒子在竖直平面内做匀速圆周运动,有mg=qE,求得电荷
量q= mg ,根据电场强度方向和电场力方向判断出粒子带负电,A错;由左
E
手定则可判断粒子沿顺时针方向运动,B错;由qvB=mvω得ω=qB =mgB =
m Em
gB ,则 E = g ,C对,D错。
E Bw
第10页,共54页。
洛伦兹力不做功,不改变带电 粒子的⑨ 速度大小
第3页,共54页。
二、带电粒子在复合场中运动的几种情况 1.当带电粒子所受合外力为零时,将处于① 静止 或 ② 匀速直线运动 状态。 2.当带电粒子做匀速圆周运动时,③ 洛伦兹力 提供向心力,其余各力 的合力必为零。
3.当带电粒子所受合力大小与方向均变化时,将做非匀变速曲线运动。 这类问题一般只能用能量关系来处理。
第22页,共54页。
1-2 (2019北京海淀期末,16)在科学研究中,可以通过施加适当的电场
和磁场来实现对带电粒子运动的控制。如图所示,某时刻在xOy平面内 的第Ⅱ、Ⅲ象限中施加沿y轴负方向、电场强度为E的匀强电场,在第 Ⅰ、Ⅳ象限中施加垂直于xOy坐标平面向里、磁感应强度为B的匀强磁 场。一质量为m,电荷量为q的带正电的粒子从M点以速度v0沿垂直于y 轴方向射入该匀强电场中,粒子仅在电场力作用下运动到坐标原点O且 沿OP方向进入第 Ⅳ象限。在粒子到达坐标原点O时撤去匀强电场(不 计撤去电场对磁场及带电粒子运动的影响),粒子经过原点O进入匀强 磁场中,并仅在磁场力作用下,运动一段时间从y轴上的N点射出磁场。 已知OP与x轴正方向夹角α=60°,带电粒子所受重力及空气阻力均可忽 略不计,求:
第17页,共54页。
图2 (3)电视机中显像管的电子束偏转是用磁场来控制的。如图3所示,有一 半径为r的圆形区域,圆心a与屏相距l,b是屏上的一点,ab与屏垂直。接 (1),从金属板小孔穿出的电子束沿ab方向进入圆形区域,若圆形区域内 不加磁场时,电子打在屏上的b点。为了使电子打在屏上的c点,c与b相

第3讲 带电粒子在复合场中的运动 课件

第3讲 带电粒子在复合场中的运动 课件

2019高考一轮总复习 • 物理
解析 带电微粒在有电场力、洛伦兹力和重力作用的区域能够做匀速 圆周运动,说明重力必与电场力大小相等、方向相反,由于重力方向总是 竖直向下,故微粒受电场力方向向上,从题图中可知微粒带负电,选项 A 正确;微粒分裂后只要比荷相同,所受电场力与重力一定平衡(选项 A 中的 等式一定成立),只要微粒的速度不为零,必可在洛伦兹力作用下做匀速圆 周运动,选项 B 正确,D 项错误;根据半径公式 r=mqBv可知,在比荷相同 的情况下,半径只跟速率有关,速率不同,则半径一定不同,选项 C 正确。
vb=v1cos 45°, 得 vb=qmBh。 设粒子进入电场经过时间 t 运动到 b 点,b 点的纵坐标为-yb, 结合类平抛运动规律得 r+rsin 45°=vbt, yb=12(v1sin 45°+0)t= 22+1h。
由动能定理有
-qEyb=12mv2b-12mv21,
解得 E=
2-1qhB2。 m
水平位移 x=2R=2qmBv=vt,⑤ 解得 t=2qmB。⑥ 竖直位移 y=2R=2qmBv=21at2,⑦ 而 a=Emq,⑧ 联立⑥⑦⑧式并解得 v=EB。⑨
2019高考一轮总复习 • 物理
a.若 v>EB,则粒子从 y 轴离开电场,轨迹如图,水平位移 x=2R=2qmBv=vt 得 t=2qmB, vy= at=qmEt=2BE, 则粒子离开电场时的速度 v2= v2y+v2= 4BE22+v2。
• You have to believe in yourself. That's the secret of success. 人必须相信自己,这是成功的秘诀。

2019高考一轮总复习 • 物理
二、对点微练 1.(带电粒子在复合场中的直线运动)带正电的甲、乙、丙三个粒子(不 计重力)分别以速度 v 甲、v 乙、v 丙垂直射入电场和磁场相互垂直的复合场中, 其轨迹如图所示,则下列说法正确的是( )
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(1)小球带负电荷
a1 v
f=qvB
T1
qvB+T1-mg=mv2/L=2mg qvB=mg+mv2/L-T1=2.5mg=0.025N
mg T2-mg-qvB=mv2/L=2mg T2=mg+qvB+mv2/L=5.5mg=0.055N
2、重力场和磁场并存(叠加场)
T2
f=qvB
a2 mg
v
11、如图所示,水平放置的平行金属板A带正电,B带负电,A、B间距离为d,匀 强电场的场强为E,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,今有一带电 粒子A、B间竖直平面内做半径为R的匀速圆运动,则带电粒子的转动方向为顺时 针还是逆时针,速率是多少?
r=mv/qB=(6.64×10-27×4×103)/(3.2×10-19×1.3×103)=6.37×10-2米<d/4
所以粒子不会与金属板相碰。
而a粒子做匀速圆周运动的周期为: T=2πm/qB
=(2×3.14×6.64×10-27)/(3.2×10-19×1.3×10-3)
=1.0×10-4秒 则在不加电压的时间内,a粒子恰好能在磁场中运 动一周。当两板间又加上第2个周期和第3个周期的电 压时,a粒子将重复上述的运动。故经13/4周期飞出 板外(t=6.5×10-4秒)其运动轨迹如图所示。
. . F. . Q+ . . . . B. . . .
-
v
(叠加场)
ω2=2qB/m
*13.用一根长L=0.8m的绝缘轻绳,吊一质量m=1.0g的带电小球,放在磁感应强度 B=2.5T、方向如图所示的匀强磁场中.把小球拉到悬点的右侧,轻绳刚好水平拉直,将 小球由静止释放,小球便在垂直于磁场的竖直平面内摆动.当小球第一次摆到最低点时, 悬线的拉力恰好为0.5mg(取重力加速度g=10m/s2).求: (1)小球带何种电荷? (2)当小球第二次经过最低点时,悬线对小球的拉力多大? mgL=mv2/2
q v0B=qE q v 0B qE
匀速直线运动? 匀加速直线运动?
mg v0
v> v0
q vB> qE
若v < v0
q vB< qE
一定做曲线运动
【例 3】 ( 2011 年山东潍坊市一模) 如图( 甲) 所示, xO y平面内加有空 在 间分布均匀、 大小随时间周期性变化的电场和磁场, 变化规律如图( 乙) 所示( 规定竖直向上为电场强度的正方向, 垂直纸面向里为磁感应强 度的正方向) 在 t . =0 时刻, 质量为 m 、电荷量为 q的带正电粒子自坐标 原点 O 处以 v0=2π m/s 的速度沿 x轴正向水平射出. 已知电场强度 E 0 = 、磁感应强度 B 0 = , 不计粒子重力. 求: ( t π s 时粒子速度的大小和方向; 1) = ( π s~2π s 内, 2) 粒子在磁场中做圆周运动的半径; ( 画出 0~4π s 内粒子的运动轨迹示意图; 要求: 3) ( 体现粒子的运动特点) ( ( 4) 2n-1) s~2nπ s( 1, 3, 内运动至最高点的位置坐标. π n= 2, …)
例6、 如图,水平向右的匀强电场场强
为E,水平方向垂直纸面向外的匀强磁
场,磁感应强度为B.其间有竖直固定的 绝缘杆,杆上套有一带正电荷量为q,质
量为m的小球,小球与杆间的动摩擦因
数为μ.已知mg>μqE.现使小球由静止释放, 试求小球在下滑过程中的最大加速度和 最大速度.
[解析] 做好小球运动过程的动态分析,找出极值对应 的条件. 小球释放瞬间,受重力mg,水平向右的电场力F=qE,杆 给小球向左的弹力FN ,FN 与F平衡,则FN=qE,向上的摩擦 力f,因为mg>μqE,所以小球加速下滑.
a
B
a
v0
v0
v0
思考题:
如图,长为L的水平极板间,有垂直纸面向里的 匀强磁场,磁感应强度为B,板间距离也为L,板不 带电,现有质量为m、电量为q的带正电粒子(不计 重力)从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水 平射入磁场,为使粒子能够打在极板上,则粒子的 速度应满足什么关系? L
解:经分析得,粒子打在b点时有 最大速度vmax,打在a点时有最小速 度vmin。 如图所示作辅助线。
小球运动后,出现向左的洛伦兹力f洛=qvB,小球受力如
图甲所示,则有
水平方向 FN+qvB=qE
竖直方向 mg-μFN=ma 解得 a=(mg+μqvB-μqE)/m

② ③
v↑→f洛↑→FN↓→f↓→F合↑→a↑
可见小球做加速度增加的加速运动,在f=0,即FN=0时, 加速度达到最大,由②式得:amax=g
由⑥式得vmax=(mg+μqE)/μBq. [答案] g
mg qE
Bq
例、质量为m,正电量为q的小球串在一根 倾角为α 的绝缘长杆上,如图。球与杆之 间的动摩擦因数为μ ,整个装置置于纸面 内,并处在垂直纸面向外的磁感应强度为 B的匀强磁场中。求小球从静止起沿杆下 滑时的最大加速度和最大速度。(设杆足 够长)
一.带电粒子在磁场中运动轨迹赏析
一朵梅花
O1
r
r
O4
r
S O
r
r
O2
r r r
O3
一把球拍
L d
O3
O2
O1
一条波浪
x
B
a
P
30
0
v
B0
v
75
0
0
T
2T
t
O
-B0
a
y


x a
P
30
0
v
75
0
O
a
O1
x a
O2
O3 P
30
0
v
0
75
O1
O
a
一颗明星
B A v0 o
Q
r
P r
o1
一幅窗帘
8.如图,在y>0的空间中存在匀强电场,场强沿y轴负方向;在y< 0的空间中,存在匀强磁场,磁场主向垂直xy平面(纸面)向外。 一电量为q、质量为m的带正电的运动粒子,经过y轴上y=h处的点P1 时速率为υ0,方向沿x轴正方向;然后,经过x轴上x=2h处的P2点 进入磁场,并经过y轴上y=-2h处的P3点。不计重力。求 (1)电场强度的大小。 (2)粒子到达P2时速度的大小和方向 (3)磁感应强度的大小。
v0
F=qE
45° θ
(1) P1到P2 做类平抛运动
v0
vy v
2h=v0t h=at2/2=qEt2/2m E=mv02/2qh (2)vy=at=qEt/m=v0
tanθ=vy/vo=1 θ=45°v 2 v 0 ( 3 ) 2 2 h 2 r B=mv0/qh
r 2h mv qB m qB 2v0
所以最小速度为
故粒子的速度应满足
r
LqB 4m
mv min qB
v
v min
5 LqB 4m
LqB 4m
• 如图11-4-4-10所示,在长方形abcd区域内 有正交的电磁场,ab=bc/2=L,一带电粒子 从ad的中点垂直于电场和磁场方向射入, 恰沿直线从bc边的中点P射出,若撤去磁场, 则粒子从C点射出;若撤去电场,则粒子将 (重力不计)( ) • A.从b点射出 • B.从b、P间某点射出 • C.从a点射出 • D.从a、b间某点射出
3.质量为m、带电量为q的负电荷在磁感应强度为B的匀强磁场中,绕固定的正 电荷做匀速圆周运动,磁场方向垂直于运动平面,作用在负电荷上的电场力恰是 磁场力的3倍,则该负电荷做圆周运动的角速度可能是( ) C A A.4Bq/m B.Bq/m C.2Bq/m D.3Bq/m
F=kqQ/r2 F=kqQ/r2=3f f=qvB=qωrB qv F+f=4f=4qω1rB=mω12r f F B ω1=4qB/m +Q 1、电场和 . f . . . 磁场并存 q F-f=2f =2qω2rB=mω22r
解:粒子运动路线如图所示,似拱门形状。有: L 4 R 粒子初速度为v,则有: qBv m 由①、②式可得: v
v
2
qBL 4m
Байду номын сангаас
R
v R
L
l
设粒子进入电场做减速运动的最大路程 为 l,加速度为a,再由:v 2 2al
qE ma
粒子运动的总路程得:
s 2R 2l 2 2 1 qB L L 2 16mE
此时速度可由①式得 v 1
E B
,但速度继续增大,洛伦
兹力增大,支持力反向,受力如图乙.有:
水平方向 qvB=FN+qE
竖直方向 mg-μFN=ma 解得 a=(mg-μqvB+μqE)/m

⑤ ⑥
小球运动的动态过程为:
v↑→f洛↑→FN↑→f↑→F合↓→a↓
小球做加速度减小的加速运动,在a=0时速度达到最大,
读题: (1)由图(乙)可知, xO y平面内存在电场时, 在 不存在磁场; 存在磁 场时, 不存在电场. 且电场和磁场的变化周期相同; (2)带电粒子在电场中做类平抛运动; (3)由 T= 动. 画图: 带电粒子在交变场中的运动轨迹如图所示. =π s 知, 只存在磁场时, 带电粒子恰好做一个完整的圆周运
据此,在A处,am=mgsinα/m=gsinα 在B处,由f=mgsinα, μ(Bqvm-mgcosα)=mgsinα 解得 vm=mg(sinα+μcosα)/μBq 得
电场运动和磁场运动的连接与组合
例7、如图,在x轴上方有垂直于xy平面向里的匀强磁场, 磁感应强度为B;在x轴下方有沿y轴负方向的匀强电场, 场强为E.一质量为m,电量为-q的粒子从坐标原点O沿着 y轴正方向射出之后,第三次到达x轴时,它与点O的距 离为L.求此粒子射出的速度v和在此过程中运动的总路 程s(重力不计).
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