第3讲带电粒子在复合场中的运动幻灯片.pptVIP

图 9－3－16 图 9－3－17 二、带电粒子在匀强电场、匀强磁场组成的叠加场中的运动 1、叠加场：至少有两种场重叠在带电粒子运动的空间中，共同制约着带电粒子的运动。 注意：电子、质子、α粒子、离子等微观粒子在叠加场中运动时，一般都不计重力。但质量较大的质点在叠加场中运动时，不能忽略重力，除非说明不计重力。 2、带电粒子垂直进入 E 和 B 正交的叠加场(不计重力) （1）带电粒子只受电场和洛伦兹力的作用，电场力与洛伦兹力方向相反，粒子所受的合外力就是这两种力的合力，其运动加速度遵从牛顿第二定律。 （2）粒子以匀速直线运动通过速度选择器的条件： qE＝Bqv0，或 v0＝ E/B ； 从功能角度来看，WF＝qEd＝0。 3、速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应等，都是带电粒子在相互正交的电场与磁场的叠加场中的运动问题。所不同的是，速度选择器中的电场是带电粒子进入前存在的，是外加的；磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应中的电场是在粒子进入磁场后，在洛伦兹力作用下，带电粒子在两极板上聚集后才形成的。 ∵ qBv =qE ∴ v=E/B 速度选择器 例1、在充有一定电量的平行板电容器两极板间有一匀强磁场，已知场强E的方向和磁感应强度B 的方向垂直，有一带电粒子束以初速度v0 射入，恰能不偏离它原来的运动方向，匀速通过此区域， 如图所示，在下列情况下，当改变一个或两个物理条件，而保持其它条件不变。若重力不计，则带电粒子束的运动不受影响的情况是： (A)增大电容器两板间距离； (B)改变磁场方向为垂直纸面向外； (C)增大带电粒子束的射入初速度； (D)将电场和磁场同时增强一倍； (E)使带电粒子束的入射方向变为非水平方向； (F)将图示磁场方向和电场方向同时改变为相反方向； (G)改用一束荷质比不同于原来 荷质比的带电粒子束水平射；(H)改用一束电性相反的带电粒子束水平射入。 V0 例2、(单选)如图所示，水平放置的平行金属板 a、b 带有等量异种电荷，a 板带正电，两板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，若一质子在两板间做匀速直线运动，其运动的方向是（ ） A．沿竖直方向向下 B．沿竖直方向向上 C．沿水平方向向左 D．沿水平方向向右 解析：由题意可知，电场方向a→b，故质子受到的电场力始终向下，若质子要做匀速直线运动，则其受到的洛伦兹力应与电场力等大反向，由左手定则可判定质子是沿水平方向向右运动． 例3、(双选)(2011 年惠州调研)在图中实线框所示的区域内同时存在着匀强磁场和匀强电场。一个带电粒子(不计重力)恰好能沿直线 MN 从左至右通过这一域。那么匀强磁场和匀强电场的方向可能为下列哪种情况（ ） A．匀强磁场方向竖直向上，匀强电场方向垂直于纸面向外； B．匀强磁场方向竖直向上，匀强电场方向垂直于纸面向里； C．匀强磁场方向垂直于纸面向里，匀强电场方向竖直向上； D．匀强磁场和匀强电场的方向都 水平向右。 变式：如图5 所示，在正交的匀强电场和磁场的区域内（磁场水平向内），有一离子恰能沿直线飞过此区域（不计离子重力） （ ） A．若离子带正电，E方向应向下 B．若离子带负电，E方向应向上 C．若离子带正电，E方向应向上 D．不管离子带何种电，E方向都向下 例4：设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，已知一离子在电场力和洛仑兹力的作用下，从静止开始自a点沿曲线acb运动，到达b点时速度为零，c点是运动的最低点，忽略重力，以下说法中正确的是( ) A、这离子必带负电荷 。 B、a点和b点位于同一高度。 C、离子在c点时速度最大。 D、离子到达b点后，将沿 原曲线返回a点。 E B a b c 解: 在a点，离子若带负电，离子在合力作用下不可能向下运动,，只能带正电。 受力如图: a到b 的过程，动能不变， 合力不做功，由于洛仑兹力不做功， a 到c ，电场力做正功最多，c 点动能最大。 受电场力从静止向下运动，洛仑兹力如图，合力向右下方,，不可能沿原曲线返回。 所以，电场力必不做功，a b位于同一水平面。 qE f=qvB E B a b c qE f=qvB qE 应选 B C 在b点 , 例5、如图3-7-3所示，两块平行放置的金属板，上板带正电，下板带等量负电。在两板间有一垂直纸面向里的匀强磁场。一电子从两板左侧以速度v0 沿金属板方向射入，当两板间磁场的磁感应强度为B1 时，电子从a点射出两板，射出时的速度为2v。当两板间磁场的磁感应强度变为B2时，电子从b点射出时的侧移量仅为从a点射出时的侧