第章 磁场 第节 带电粒子在复合场中的运动.ppt

【规律总结】　带电粒子在复合场中运动的问题，往往综合性较强、物理过程复杂．在分析处理该部分的问题时，要充分挖掘题目的隐含信息，利用题目创设的情景，对粒子做好受力分析、运动过程分析，培养空间想象能力、分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力． 1．(2012·陕西西安八校联考)如图8－3－19甲所示，竖直挡板MN左侧空间有方向竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的水平匀强磁场，电场和磁场的范围足够大，电场强度E＝40 N/C，磁感应强度B随时间t变化的关系图象如图乙所示，选定磁场垂直纸面向里为正方向． 自我挑战 t＝0时刻，一质量m＝8×10－4 kg、电荷量q＝＋2×10－4 C的微粒在O点具有竖直向下的速度v＝0.12 m/s，O′是挡板MN上一点，直线OO′与挡板MN垂直，取g＝10 m/s2.求： 图8－3－19 (1)微粒再次经过直线OO′时与O点 的距离； (2)微粒在运动过程中离开直线OO′ 的最大高度． (2)微粒运动半周后向上匀速运动，后再做匀速圆周运动，运动的时间 t＝5π s，位移大小s＝vt＝0.6π m＝ 1.88 m因此，微粒离开直线OO′ 的最大高度h＝s＋R＝2.48 m. 答案：(1)1.2 m　(2)2.48 m 二、带电粒子在复合场中实例模型 例2 (2010·高考天津理综卷)质谱分析技术已广泛应用于各前沿科学领域．汤姆生发现电子的质谱装置示意图如图8－3－20，M、N为两块水平放置的平行金属极板，板长为L，板右端到屏的距离为D，且D远大于 L，O′O为垂直于屏的中心轴线，不计离子重力和离子在板间偏离O′O的距离．以屏中心O为原点建立xOy直角坐标系，其中x轴沿水平方向，y轴沿竖直方向． 图8－3－20 (1)设一个质量为m0、电荷量为q0的正 离子以速度v0沿O′O的方向从O′点 射入，板间不加电场和磁场时，离子 打在屏上O点．若在两极板间加一沿 ＋y方向场强为E的匀强电场，求离子 射到屏上时偏离O点的距离y0； (2)假设你利用该装置探究未知离子，试依照以下实验结果计算未知离子的质量数． 上述装置中，保留原电场，再在板间加沿－y方向的匀强磁场．现有电荷量相同的两种正离子组成的离子流，仍从O′点沿O′O方向射入，屏上出现两 条亮线．在两线上取y坐标相同的两个光点，对应的x坐标分别为3.24 mm和3.00 mm，其中x坐标大的光点是碳12离子击中屏产生的，另一光点是未知离子产生的．尽管入射离子速度不完全相 同，但入射速度都很大，且在板间运动时O′O方向的分速度总是远大于x方向和y方向的分速度． 【思路点拨】　解此题的关键是以下几点： (1)加＋y方向的电场时粒子的运动状态； (2)加－y方向的磁场后，粒子的运动状态及如何处理洛伦兹力； (3)如何理解O′O方向的分速度远大于x方向和y方向的分速度． (2)设离子电荷量为q，质量为m，入射时速度为v，磁场的磁感应强度为B，磁场对离子的洛伦兹力f＝qvB⑦ 已知离子的入射速度都很大，因而离子在磁场中运动时间甚短，所经过的圆弧与圆周相比甚小，且在板间运动时，O′O方向的分速度总是远大于在x方向和y方向的分速度，洛伦兹力变化甚 微，故可作恒力处理，洛伦兹力产生 的加速度 上式表明，k是与离子进入板间初速度无关的定值，对两种离子均相同．由题设条件知，x坐标3.24 mm的光点对应的是碳12离子，其质量为m1＝12 u，x坐标3.00 mm的光点对应的是未知离 子，设其质量为m2，由?式代入数据可得m2≈14 u?故该未知离子的质量数为14. 【规律总结】　复合场中的实例分析问题的特点是信息量大，物理过程较多，解题的关键是提取物理模型，分析受力和运动规律，同时要注意抓住主要因 素，忽略次要因素(如本题中洛伦兹力按恒力处理)． 2．(2010·高考福建理综卷)如图8－3－21所示的装置，左半部为速度选择器，右半部为匀强的偏转电场．一束同位素离子流从狭缝S1射入速度选择器，能够沿直线通过速度选择器并从狭缝S2射出的离子，又沿着与电场垂直的方向，立 自我挑战 即进入场强大小为E的偏转电场，最后打在照相底片D上．已知同位素离子的电荷量为q(q0)，速度选择器内部存在着相互垂直的场强大小为E0的匀强电场和磁感应强度大小为B0的匀强磁场，照相底片D与狭缝S1、S2的连线平行且距离为L，忽略重力的影响． 图8－3－21 (1)求从狭缝S2射出的离子速度v0的 大小； (2)若打在照相底片上的离子在偏转电场中沿速度v0方向飞行的距离为x，求出x与离子质量m之间的关系式(用E0、B0、E、q、m、L表示)． 知能优化与演练 本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放 3．磁流体发电机(等离子体发电机)