大一輪復(fù)習(xí)講義第八章磁場第4課時(shí)帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)(已修改)
2025-05-25 00:10 本頁面
【正文】 一、復(fù)合場 復(fù)合場是指電場、 和重力場并存 ,或其中某兩場并存 ,或分區(qū)域存在 . 二、帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)分類 當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中所受合外力為零時(shí) ,將處于 狀態(tài)或做 . 第 4課時(shí) 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng) 考點(diǎn)自清 磁場 勻速直線運(yùn)動(dòng)靜止 當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場力大小 ,方向 時(shí) ,帶電粒子在洛倫茲力的作用下 ,在垂直于勻強(qiáng)磁場的平面內(nèi)做 運(yùn)動(dòng) . 當(dāng)帶電粒子所受合外力的大小和方向均變化 ,且與初速度方向不在同一條直線上 ,粒子做 變速曲線運(yùn)動(dòng) ,這時(shí)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡既不是圓弧 ,也不是拋物線 . 相等相反勻速圓周 非勻 帶電粒子可能依次通過幾個(gè)情況不同的復(fù)合場區(qū)域 ,其運(yùn)動(dòng)情況隨區(qū)域發(fā)生變化 ,其運(yùn)動(dòng)過程由幾種不同的運(yùn)動(dòng)階段組成 . 點(diǎn)撥 研究帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)時(shí) ,首先要明確各種不同力的性質(zhì)和特點(diǎn) 。其次要正確地畫出其運(yùn)動(dòng)軌跡 ,再選擇恰當(dāng)?shù)囊?guī)律求解 . 三、電場磁場分區(qū)域應(yīng)用實(shí)例 電視顯像管是應(yīng)用電子束 (填“電偏轉(zhuǎn)” 或“磁偏轉(zhuǎn)” )的原理來工作的 ,使電子束偏轉(zhuǎn)的 (填“電場”或“磁場” )是由兩對偏 轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的 .顯像管工作時(shí) ,由 發(fā)射電子 束 ,利用磁場來使電子束偏轉(zhuǎn) ,實(shí)現(xiàn)電視技術(shù) 中的 ,使整個(gè)熒光屏都在發(fā)光 . (1)構(gòu)造 :如圖 1所示 ,由粒子源、 、 和照相底片等構(gòu)成 . 磁偏轉(zhuǎn) 磁場陰極 掃描 加速電場 偏轉(zhuǎn)磁場 圖 1 (2)原理 :粒子由靜止被加速電場加速 ,根據(jù)動(dòng)能定理可得關(guān)系式 ① qUm ?221 v 粒子在磁場中受洛倫茲力作用而偏轉(zhuǎn) ,做勻速圓周運(yùn)動(dòng) ,根據(jù)牛頓第二定律得關(guān)系式 ② 由①②兩式可得出需要研究的物理量 ,如粒子軌道半徑、粒子質(zhì)量、比荷 . r = ,m= , = . rmBq2vv ?qmUB21UBqr222mq 222rBU (1)構(gòu)造 :如圖 2所示 ,D D2是半圓金屬盒 ,D形盒的縫隙處接 電源 .D形盒處于勻強(qiáng)磁場中 . 交流 圖 2 (2)原理 :交流電的周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等 ,粒子在圓周運(yùn)動(dòng)的過程中一次一次地經(jīng)過 D形盒縫隙 ,兩盒間的電勢差一次一次地反向 ,粒子就會(huì)被一次一次地加速 .由 qvB= ,得Ekm= ,可見粒子獲得的最大動(dòng)能由 和 D形盒 決定 ,與加速電壓無關(guān) . 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 半徑 R Rm2vmRBq2222四、電場磁場同區(qū)域并存應(yīng)用實(shí)例 如圖 3所示 ,平行板中電場強(qiáng) 度 E的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度 B的 方向互相 ,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 .帶電粒子能夠勻速沿直線通過速度選擇器的條件是 qE=qvB,即v= . 圖 3 垂直BE 根據(jù)左手定則 ,如圖 4中的 B板是發(fā)電機(jī)的正極 .磁流體發(fā)電機(jī)兩極板間的距離為 d,等離子體速度為 v,磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B,則兩極板間能達(dá)到的最大電勢差 U= . dvB 圖 4 工作原理 :如圖 5所示 ,圓形導(dǎo)管直徑為 d,用 制成 ,導(dǎo)電液體在管中向左流動(dòng) ,導(dǎo)電液體中的自由電荷 (正、負(fù)離子 ),在洛倫茲力的作用下橫向偏轉(zhuǎn) ,a、 b間出現(xiàn)電勢差 ,形成電場 ,當(dāng)自由電荷所受的電場力和洛倫茲力平衡時(shí) ,a、 b間的電勢差就保持穩(wěn)定 , 即 qvB=qE=q ,所以 v= ,因 此液體流量 Q=Sv= . 非磁性材料 dU dBUBdU4π 2dBdU4π? 圖 5 :在勻強(qiáng)磁場中放置一個(gè)矩形截面的載流導(dǎo)體 ,當(dāng) 與電流方向垂直時(shí) ,導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了 ,這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng) .所產(chǎn)生的電勢差稱為霍爾電勢差 ,其原理如圖 6所示 . 名師點(diǎn)撥 理解帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的這幾個(gè)實(shí)例時(shí) ,一定要從其共性 qE=qvB出發(fā) . 磁場方向 電勢差 圖 6 熱點(diǎn)一 磁偏轉(zhuǎn)與電偏轉(zhuǎn)的區(qū)別 熱點(diǎn)聚焦 磁偏轉(zhuǎn) 電偏轉(zhuǎn) 受力 特征 v垂直 B時(shí) ,FB=qvB, v不垂直于 B時(shí) ,FB= qvBsin α ,FB為變 力 ,只改變 v方向 無論 v是否與 E 垂直 ,FE=qE, FE為恒力 運(yùn)動(dòng) 規(guī)律 圓周運(yùn)動(dòng) T= , R= 類平拋運(yùn)動(dòng) vx=v0,vy= x=v0t,y= qBmπ2qBmvmqEtmqEt22偏轉(zhuǎn) 情況 若沒有磁場邊界 ,粒子所能偏轉(zhuǎn)的角度不受限制 因做類平拋運(yùn)動(dòng) , 在相等的時(shí)間內(nèi) 偏轉(zhuǎn)的角度往往 不等 動(dòng)能 變化 動(dòng)能不變 動(dòng)能不斷增大且增大得越來越快 特別提示 (1)電偏轉(zhuǎn)和磁偏轉(zhuǎn)分別是利用電場和磁場對 (運(yùn)動(dòng) )電荷產(chǎn)生電場力和洛倫茲力的作用 ,控制其運(yùn)動(dòng)方向和軌跡 . (2)兩類運(yùn)動(dòng)的受力情況和處理方法差別很大 ,要首先進(jìn)行區(qū)別分析 ,再根據(jù)具體情況處理 . 熱點(diǎn)二 帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的分類 (1)磁場力、重力并存 ①若重力和洛倫茲力平衡 ,則帶電體做勻速直線 運(yùn)動(dòng) . ② 若重力和洛倫茲力不平衡 ,則帶電體將做復(fù)雜 曲線運(yùn)動(dòng) ,因 F洛 不做功 ,故機(jī)械能守恒 ,由此可求 解問題 . (2)電場力、磁場力并存
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