2014.10.13+带电粒子在复合场中的运动.ppt

* 2015年五羊高考物理复习 第4课时 带电粒子在复合场中的运动 1.复合场： 某空间同时存在电场、磁场及重力场等，我们称该区域为复合场。 讨论电子、质子、离子等微观粒子在复合场中的受力时，若没有特殊说明则不计其重力；讨论带电小球、尘埃、油滴、液滴、通草球等颗粒在复合场中受力时，若没有特殊说明则须计其重力。若有具体数据，往往通过计算、比较来确定是否考虑其重力。 2.带电粒子在复合场中的直线运动 （1）直线运动条件 若带电粒子所受合外力为零，则粒子做匀速直线运动；若合外力与速度方向相同则做加速直线运动、若合外力与速度方向相反则做减速直线运动； （2）两种典例： ①粒子运动方向与磁场方向共线情景：带电粒子在磁场中不受磁场力作用，粒子可能做匀速直线运动，可能做变速直线运动（可能沿运动方向受到其它力）；②粒子运动方向与磁场方向不共线情景：自由的带电粒子（无轨道约束）在匀强电场、匀强磁场和重力场中，若做直线运动则一定是匀速直线运动。这是因为电场力和重力都是恒力。若它们的合力不能与洛仑兹力平衡，则带电粒子速度的大小和方向将会改变，粒子就不可能做直线运动。 3.带电粒子在复合场中的曲线运动 （1）带电粒子在复合场中的匀速圆周运动 当带电粒子进入匀强电场、匀强磁场和重力场共存的复合场中， 电场力和重力相平衡，粒子运动方向与匀强磁场方向相垂直时，带电粒子在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动。 （2）当带电粒子所受合外力变化且与粒子速度不在一条直线上时，带电粒子做非匀变速曲线运动。 4.质谱仪 （1）质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。 （2）质谱仪的原理： 若容器A中含有电荷量相同而质量有微小差别的粒子，它们经过电势差为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场，它们进入磁场后将沿不同的半径做圆周运动，打 到照相底片的不同地方，在底片上形成若干谱线 状的细线，叫做质谱线。每一条谱线对应于一定 的质量的粒子。从谱线的位置可以知道圆周的半 径r，如果再已知带电粒子的电荷量q，就可以算 出它的质量，所以这种仪器叫做质谱仪，如图所示 5.回旋加速器 (1)回旋加速器是产生大量高能量带电粒子的实验设备。 （2）构造：两个D形金属扁盒，粒子源，D形盒装在真空容器中，巨大的电磁铁，高频电源，引出装置。 （3）原理：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其周期 跟运动速率和轨道半径无关,对一定的带电粒子和确定的磁感应强度来说这个周期是恒定的。因此，尽管回旋加速器中粒子的速率和半径逐次增大，运动周期却始终不变#这样，如果在两个D形盒间加一个交变电场，使它也以相同的周期往复变化，那就可以保证粒子每经过两D形盒之间时都正好赶上合适方向的电场而被加速。 对复合场中洛仑兹力特点的理解 例题1．(2011,“五羊高考”原创)如图所示，匀强电场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里．一带电粒子水平向右做直线运动．不计粒子重力，则可判断 (　　) A．该粒子一定带正电 B．该粒子可能做匀速直线运动 C．该粒子可能做加速直线运动 D．该粒子只能做匀速直线运动 D 变式1．(2010，广东肇庆)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，若一个带正电的液滴在两板间做直线运动，其运动方向是(　　) 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 D 洛仑兹力与速度选择器 例题2．图中为一“滤速器”装置示意图．a、b为水平放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间．为了选取具有某种 特定速率的电子，可在a、b间加上电 压，并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁 场，为使所选电子仍能够沿水平直线OO′运动，由O′射出．不计粒子重力作用．可能达到上述目的的办法是(　　) A．使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向里 B．使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里 C．使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向外 D．使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外 AD 变式2．如图所示，有一束带电粒子沿正交匀强电场和匀强磁场的中心线射入速度选择器，某粒子恰好沿直线ab运动，打在屏MN上的O点．则(　 　) A．粒子一定是正电荷 B．粒子可能是正电荷，也可 能是负电荷 C．若增大粒子入射速度，则 粒子运动中动能一定增大 D．若增大粒子入射速度，则粒子运动中动能一定减 小 BD 洛仑兹力与回旋加速器 例题3．回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心