第3講 帶電粒子在復合場中的運動 一 復合場與組合場1 復合場 共存 或其中某兩種場共存區(qū)域 2 組合場 與 各位于一定的區(qū)域內 并不重疊 或在同一區(qū)域內 電場 磁場分時間段或分區(qū)域交替出現(xiàn) 電場 磁場 重力場 電場 磁場 3 重力考慮與否分三種情況 很小 忽略 1 對于微觀粒子 如電子 質子 離子等一般不做特殊交代就可以不計其重力 因為其重力一般情況下與電場力或磁場力相比 可以 而對于一些實際物體 如帶電小球 液滴 金屬塊等不做特殊交代時就應當考慮其重力 2 在題目中有明確交代的是否要考慮重力的 這種情況比較正規(guī) 也比較簡單 3 對未知的帶電粒子其重力是否可忽略又沒有明確時 可采用假設法判斷 假設重力計或者不計 結合題給條件得出的結論若與題意相符則假設正確 否則假設錯誤 3 速度選擇器 如圖8 3 3所示 圖8 3 3 1 平行板中電場強度E和磁感應強度B互相垂直 這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來 所以叫做速度選擇器 2 帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是qE qvB 即v 與粒子的電性 電荷量和質量 無關 4 磁流體發(fā)電機 1 磁流體發(fā)電是一項新興技術 它可以把內能直接轉化為電能 2 根據(jù)左手定則 如圖8 3 4所示的B板是發(fā)電機 極 3 磁流體發(fā)電機兩極板間的距離為l 等離子體速度為v 磁場磁感應強度為B 則兩極板間能達到的最大電勢差U Blv 圖8 3 4 正 5 電磁流量計電磁流量計的構造和原理 如圖8 3 5所示 一圓形 也可是其他形狀 導管的直徑為d 用非磁性材料制成 其中有可以導電的液體在管內流動 導電液體中的自由電荷 正 負離子 在洛倫茲力作用下發(fā)生偏轉 使a b間出現(xiàn)電勢差 當自由電荷所受到的電場力與洛倫茲力平衡時 a b間的電勢差就保持穩(wěn)定 圖8 3 5 基礎檢測 1 多選 磁流體發(fā)電是一項新興技術 它可以把物體的內能直接轉化為電能 如圖8 3 6所示是它的示意圖 平行金屬板A B之間有一個很強的磁場 將一束等離子體 即高溫下電離的氣體 含有大量正 負離子 噴入磁場 A B兩板間便產生電壓 如果把A B和用電器連接 A B就是直流電源的兩個電極 設A B兩板間距為d 磁感應強度為B 等離子體以速度v沿垂直于磁場的方向射入A B兩板之間 則下列說法正確的是 圖8 3 6 A A是直流電源的正極B B是直流電源的正極C 電源的電動勢為B dvD 電源的電動勢為qvB 答案 BC 2 多選 勞倫斯和利文斯設計出回旋加速器 工作原理示意圖如圖8 3 7所示 置于真空中的 D 形金屬盒半徑為R 兩盒間的狹縫很小 帶電粒子穿過的時間可忽略 磁感應強度為B的勻強磁場與盒面垂直 高頻交流電頻率為f 加速電壓為U 若A處粒子源產生質子的質量為m 電荷量為 q 在加速器中被加速 且加速過程中不考慮相對論效應和重力的影響 則下列說 法正確的是 圖8 3 7 答案 AC 考點1回旋加速器和質譜儀 考題題組 1 多選 2017年河南實驗中學月考 如圖8 3 8所示是醫(yī)用回旋加速器的示意圖 其核心部分是兩個 D 形金屬盒 兩金屬盒置于勻強磁場中 并分別與高頻電源相連 現(xiàn)分 圖8 3 8 答案 BC 2 2016年新課標 卷 現(xiàn)代質譜儀可用來分析比質子重很多倍的離子 其示意圖如圖8 3 9所示 其中加速電壓恒定 質子在入口處從靜止開始被加速電場加速 經勻強磁場偏轉后從出口離開磁場 若某種一價正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場加速 為使它經勻強磁場偏轉后仍從同一出口離開磁場 需將磁感應強度增加到原來的12 倍 此離子和質子的質量比約為 圖8 3 9 A 11B 12C 121 D 144 考點2 帶電粒子在組合場中的運動 重點歸納1 在勻強電場 勻強磁場中可能的運動性質 2 電偏轉 和 磁偏轉 的比較 續(xù)表 3 如圖8 3 10所示 在坐標系xOy的第一象限內斜線OC的上方存在垂直紙面向里的勻強磁場 磁感應強度為B 第四象限內存在磁感應強度大小未知 方向垂直紙面向里的勻強磁場 第三象限內存在沿y軸負方向的勻強電場 在x軸負半軸上有一接收屏GD GD 2OD d 現(xiàn)有一帶電粒子 不計重力 從y軸上的A點 以初速度v0水平向右垂直射入勻強磁場 恰好垂直O(jiān)C射出 并從x軸上的P點 未畫出 進入第四象限內的勻強磁場 粒子經磁場偏轉后又垂直y軸進入勻強電場并被接收屏接收 已知OC與x 考題題組 圖8 3 10 考點3帶電粒子在復合場中的運動 重點歸納 1 三種場力的特點 2 常用結論 1 帶電粒子在三個場共同作用下做勻速圓周運動 必然是電場力和重力平衡 而洛倫茲力充當向心力 2 帶電粒子在三個場共同作用下做直線運動 重力和電場力是恒力 它們的合力也是恒力 當帶電粒子的速度平行于磁場時 不受洛倫茲力 因此可能做勻速運動也可能做勻變速運動 當帶電粒子的速度垂直于磁場時 一定做勻速運動 考題題組 4 多選 如圖8 3 11所示 空間存在水平向左的勻強電場E和垂直紙面向外的勻強磁場B 在豎直平面內從a點沿ab ac方向拋出兩帶電小球 不考慮兩帶電小球間的相互作用 兩小球所帶電荷量始終不變 關于小球的運動 下列說法正確的是 圖8 3 11 A 沿ab ac方向拋出的帶電小球都可能做直線運動B 若沿ab運動小球做直線運動 則該小球帶正電 且一定是勻速運動 C 若沿ac運動小球做直線運動 則該小球帶負電 可能做勻加速運動 D 兩小球在運動過程中機械能均保持不變答案 AB 5 2016年吉林長春外國語學校質檢 如圖8 3 12所示 直角坐標系xOy位于豎直平面內 在第四象限存在勻強磁場和勻強電場 磁場的磁感應強度為B 方向垂直xOy平面向里 電場線平行于y軸 一質量為m 電荷量大小為q的帶負電的小球 從y軸上的A點水平向右拋出 經x軸上的M點進入電場和磁場 恰能做勻速圓周運動 最后從y軸上的N點沿垂直于y軸的方向離開電場和磁場 ON之間的距離為L 小球過M點時速度方向與x軸正方向夾角為 不計空氣阻力 重力加速度為g 求 1 電場強度E的大小和方向 2 小球從A點拋出時初速度v0的大小 3 A點到x軸的高度h 圖8 3 12