带电粒子在复合场的运动学案.docVIP

学案43：带电粒子在复合场的运动 【知识整合】 一、复合场 1、复合场是指电场、磁场和重力场并存（或其中两者并存）的区域。 2、三种场力的特点 （1）、重力的大小为mg，方向竖直向下。重力做功与路径 ，其数值与质量 和 关。 （2）、电场力的大小为qE，方向与场强和带电粒子带电性质有关。电场力做功与路径 ，其数值与带电粒子电荷量和 有关。 （3）、洛仑兹力的大小跟速度与磁场方向的夹角有关，当速度与磁场方向平行时，F=0；当速度与磁场方向垂直时，F=qvB。洛仑兹力的方向垂直于 所决定的平面。无论带电粒子做什么运动，洛仑兹力都 。 3、是否考虑研究对象的重力，要比较重力是否比电场力小得多，或由题设条件决定。通常情况： 微观粒子一般不计重力，如 ； 质量较大的带电微粒不能忽略重力，如 。 二、常见仪器 1、速度选择器 （1）、当 时，带电粒子不偏转，沿直线匀速运动的。 （2）、速度选择器只选择速度大小而不选择粒子种类，与粒子的 无关。 （3）、如图中若带电粒子从右端射入时，粒子将 。 2、质谱仪 质谱仪由速度选择器和偏转分离磁场组成，相同速率的不同粒子在右侧的偏转磁场中作匀速圆周运动，不同 的粒子轨道半径不同，可以用来测定粒子的质量和分析同位素。 3、回旋加速器 （1）、带电粒子在两D型盒中做匀速圆周运动的周期与 周期相等，周期与带电粒子的速度无关。 （2）、带电粒子每经过电场加速一次，回旋半径增大一次，由开始各次半径之比 。 （3）、回旋加速器的半径为R，磁感应强度为B，带电粒子（m、q已知）的最大速度是 。 4、电磁流量计 圆形导管直径d，垂直于匀强磁场B，导电液体向左流动，a、b间出现电势差U保持稳定，液体的流量 。 5、磁流体发电机 平行金属板面积为s，相距为d，等离子体电阻率为ρ，喷入气体速度为v，板间磁场磁感应强度为B，外部电阻为R，则板间产生电动势为 ，电阻R中的电流强度为 。 【重难点阐释】 电场力和洛仑兹力的比较 （1）、电场中的电荷，不管其运动与否，均始终受到电场力作用，电场力的大小与速度无关；磁场仅对运动着的、且速度与磁场方向不平行的电荷有洛仑兹力的作用，洛仑兹力的大小与速度有关。 （2）、电场力的方向与电场的方向相同或相反；洛仑兹力的方向始终与磁场的方向垂直，又和速度方向垂直。 （3）、电场力可以对电荷做功，改变速度的大小，且电场力的做功和路径无关；洛仑兹力始终不做功，不能改变速度的大小。 2、带电粒子在复合场中运动的分析方法 带电粒子在复合场中运动，实际上仍是一个力学问题，分析的基本思路是：首先正确的对带电粒子进行受力分析和运动情况分析，再运用牛顿定律、运动学规律、动能定理和能量守恒定律等知识进行求解。受力分析时注意重力的判断及各力的特点。还应注意画好示意图，在画图的基础上特别注意运用几何知识寻找关系。 【典型例题】 例1、场强为E的匀强电场和磁感强度为B的匀强磁场正交。如图1所示，质量为m的带电粒子在垂直于磁场方向的竖直平面内，做半径为R的匀速圆周运动，设重力加速度为g，则下列结论正确的是 （ ） A．粒子带负电，且q＝mg／E B．粒子顺时针方向转动 C．粒子速度大小v＝BgR／E D．粒子的机械能守恒 例2、如图2所示，套在足够长的固定绝缘直棒上的小球，质量为m，带电量为q，小球可沿棒滑动，动摩擦因数为μ。把此棒竖直地放在匀强电场和匀强磁场中，方向如图，电场强度为E，磁感应强度为B。求小球由静止释放后下落过程中的最大加速度和最大速度。 （变形题：将磁场反向，其它因素不变结果怎样？） 例3、在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，有一倾角为θ，足够长的光滑绝缘斜面，磁感强度为B，方向垂直纸面向外，电场方向竖直向上．有一质量为m,带电挝为十q的小球静止在斜面顶端，这时小球对斜面的正压力恰好为零，如图3所示,若迅速把电场方向反转竖直向下，小球能在斜面上连续滑行多远？所用时间是多少？ 例4、如图所示，虚线上方有场强为E的匀强电场，方向竖直向下，虚线上下有磁感应强度