带电粒子在电场.ppt

物理高考复合场复习题集.doc 电学实验专题 带电粒子在叠加场中的圆周运动 ● 自由的带电微粒在三个场共同作用下的匀速圆周运动 电场力和重力平衡，洛伦兹力充当向心力 ●巧用等效场的方法处理带电粒子在叠加场中的变速圆周运动 将重力场与电场的叠加场等效为一个简单场，然后与重力场中的圆周运动类比进行分析与解答。 例、如图所示，在水平向右的匀强电场，有一质量为m的带正电的小球，用长为l的绝缘细线悬挂于O点，当小球静止时细线与竖直方向夹角为θ．现给小球一个垂直于悬线的初速度，使小球恰能在竖直平面内做圆周运动．问： (1)、小球在做圆周运动的过程中，哪一位置 速度最小?最小值多大? (2)、小球在B点的初速度多大？ F合=mg/cosθ ∴g效= F合/m=g/cosθ A为等效最高点 B为等效最低点。 B 带电粒子在叠加场中受轨道束缚的运动 由于洛伦兹力随速度而改变及引起其他力的变化，往往要使物体所受合外力及加速度要发生变化,解决这类问题时过程分析很重要。 例1：如图所示，质量为m的小环带+q电荷，套在足够长的绝缘杆上，动摩擦因数为μ，杆处于正交的匀强电场和匀强磁场中，杆与水平电场夹角为θ，若小环能从静止 开始下滑，求环的最大加 速度和最大速度? N f 起动后v↑→f洛↑ →N↓→f↓→a↑ 继续v↑→f洛↑→ N↑→f↑ →a↓、当a=0时v=vm 当N=0时 f=0 a=am mgsinθ-qEcos θ=mam mgsinθ= qEcosθ+f qvmB=N+ mgcosθ+qEsin θ f=μN 例2（03年天津模拟卷）、如图所示，在虚线左右两侧均有磁感应强度相同的垂直纸面向外的匀强磁场和场强大小相同、方向不同的匀强电场。虚线左侧电场方向水平向右，虚线右侧电场方向竖直向上，左边电场中有一根足够长的固定细杆MN，N端位于两电场的交界线．a、b 是两个质量相同的小环(环半径略大于杆半径)，a环带电，b环不带电，b环套在杆上的N端静止，将a环套在杆上的M端由静止释放，a环先加速后匀速运动到N端，a环与b环在N端碰撞并粘在一起，随即进入右侧场区做半径为0.1m的匀速圆周运动．然后从虚线上的P点进人左侧场区，已知a环与细杆MN的动摩擦因数为0.2，求： (1)P点的位置． (2)a环在杆上运动的最大速率． 带电粒子在复合场中运动的典型物理模型 ●速度选择器 ●霍尔效应和磁强计 ●电磁流量计：（01天津卷） ●磁流体发电机：（04年天津卷25题22分） ●质谱仪：（01年天津卷30． 24分） ●回旋加速器：（05天津卷25题22分） （例05天津卷25题22分）、正电子发射计算机断层（PET）是分子水平上的人体功能显像的国际领先技术，它为临床诊断和治疗提供全新的手段。 ⑴PET在心脏疾病诊疗中，需要使用放射正电子的同位素氮13示踪剂。氮13是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氧16获得的，反应中同时还产生另一个粒子，试写出该核反应方程。 ⑵PET所用回旋加速器示意如图，其中置于高真空中的金属D形盒的半径为R，两盒间距为d，在左侧D形盒圆心处放有粒子源S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向如图所示。质子质量为m，电荷量为q。设质子从粒子源S进入加速电场时的初速度不计，质子在加速器中运动的总时间为t（其中已略去了质子在加速电场中的运动时间），质子在电场中的加速次数与回旋半周的次数相同，加速质子时 的电压大小可视为不变。求此加 速器所需的高频电源频率f和加速 电压U。 ⑶试推证当Rd时，质子在 电场中加速的总时间相对于在D形 盒中回旋的时间可忽略不计（质子 在电场中运动时，不考虑磁场的影响）。 S d 高频电源 导向板 B （01年天津卷30． 24分）：下图是测量带电粒子质量的仪器工作原理示意图。设法使某有机化合物的气态分子导入图中所示的容器A中，使它受到电子束轰击，失去一个电子变成正一价的分子离子。分子离子从狭缝s1以很小的速度进入电压为U的加速电场区（初速不计），加速后，再通过狭缝s2、s3射入磁感强度为B的匀强磁场，方向垂直于磁场区的界面PQ。最后，分子离子打到感光片上，形成垂直于纸面而且平行于 狭缝s3的细线。若测得细线 到狭缝s3的距离为d （1）导出分子离子的质量 m的表达式（14分） 例（04年天津卷25题22分）、磁流体发电是一种新型发电方式, 图1和图2是其工作原理示意图, 图1中的长方体是发电导管, 其中空部分的长、高、宽分别为l、a、b, 前后两个侧面是绝缘体, 上下两个侧面是电阻可略的导体电极, 这两个电极与负载电阻RL相连, 整个发电导管处于图2中