带电粒子在复合场中的运动分析及例题.pdfVIP

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． 2． 三种场的比较 项目 力的特点 功和能的特点 名称 大小：G＝mg 重力做功与路径无关 重力场 方向：竖直向下 重力做功改变物体的重力势能 大小：F＝qE 电场力做功与路径无关 静电场 方向：a.正电荷受力方向与场强方向相同 W＝qU b.负电荷受力方向与场强方向相反 电场力做功改变电势能 洛伦兹力F＝qvB 洛伦兹力不做功，不改变带电粒子 磁场 方向可用左手定则判断 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． 1 【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 1 2 (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＝ 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qvB 2 v ＝m . r 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． 2 2 2U 1 2mU qr B q r＝ ，m＝ ， ＝ . B q 2U m 2 2 B r 2． 回旋加速器 (1)构造：如图6所示，D 、D 是半圆形金属盒，D 形盒的缝隙处 1 2 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 2