大一輪復(fù)習(xí)講義第八章磁場第4課時帶電粒子在復(fù)合場中的運動-wenkub
2023-05-20 00:10:25 本頁面
【正文】 所示 , 在水平 地面上方有一范圍足夠大的 互相正交的勻強電場和勻強 磁場區(qū)域 .磁場的磁感應(yīng)強 度為 B,方向水平并垂直紙面 向里 .一質(zhì)量為 m、帶電荷量為 q的帶正電微粒在此區(qū)域內(nèi)沿豎直平面 (垂直于磁場方向的平面 )做速度大小為 v的勻速圓周運動 ,重力加速度為 g. (1)求此區(qū)域內(nèi)電場強度的大小和方向 . 圖 9 (2)若某時刻微粒在場中運動到 P點時 ,速度與水平方向的夾角為 60176。而對于一些實際物體 ,如帶電小球、液滴、金屬塊等一般應(yīng)當(dāng)考慮其重力 . (2)在題目中有明確說明是否要考慮重力的 ,這種情況比較正規(guī) ,也比較簡單 . (3)不能直接判斷是否要考慮重力的 ,在進行受力分析與運動分析時 ,要由分析結(jié)果確定是否要考慮重力 . 題型 1 帶電粒子在分區(qū)域場中的運動 【 例 1】 如圖 7所示 ,勻強電場區(qū)域和勻強磁場區(qū)域緊鄰且寬度相等均為 d,電場方向在紙平面內(nèi)豎直向下 ,而磁場方向垂直紙面向里 .一帶正電粒子從 O點以速度 v0沿垂直電場方向進入電場 ,從 A點出電場進入磁場 ,離開電場時帶電粒子在電場方向的偏轉(zhuǎn)位移為電場寬度的一半 ,當(dāng)粒子從磁場右邊界上 C點穿出磁場時速度方向與進入電場 O點時的速度方向一致 ,d、 v0已知 (帶電粒子重力不計 ),求 : 題型探究 圖 7 (1)粒子從 C點穿出磁場時的速度 . (2)電場強度和磁感應(yīng)強度的比值 . 思路點撥 解答此題應(yīng)把握以下三點 : (1)正確地畫出帶電粒子的運動軌跡 . (2)粒子在電場中做類平拋運動 . (3)粒子在磁場中做勻速圓周運動 . 解析 (1)粒子在電場中偏轉(zhuǎn)時做類平拋運動 ,則 垂直電場方向 d=v0t,平行電場方向 得 vy=v0,到 A點速度為 v=2v0 td y22 v?在磁場中速度大小不變 ,所以從 C點出磁場時速度仍為 v0 (2)在電場中偏轉(zhuǎn)時 ,射出 A點時速度與水平方向成45176。其次要正確地畫出其運動軌跡 ,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 ,由 發(fā)射電子 束 ,利用磁場來使電子束偏轉(zhuǎn) ,實現(xiàn)電視技術(shù) 中的 ,使整個熒光屏都在發(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) ,做勻速圓周運動 ,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形盒處于勻強磁場中 . 交流 圖 2 (2)原理 :交流電的周期和粒子做圓周運動的周期相等 ,粒子在圓周運動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 ,粒子就會被一次一次地加速 .由 qvB= ,得Ekm= ,可見粒子獲得的最大動能由 和 D形盒 決定 ,與加速電壓無關(guān) . 磁感應(yīng)強度 B 半徑 R Rm2vmRBq2222四、電場磁場同區(qū)域并存應(yīng)用實例 如圖 3所示 ,平行板中電場強 度 E的方向和磁感應(yīng)強度 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)電機的正極 .磁流體發(fā)電機兩極板間的距離為 d,等離子體速度為 v,磁場磁感應(yīng)強度為 B,則兩極板間能達到的最大電勢差 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 ,導(dǎo)電液體中的自由電荷 (正、負離子 ),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 ,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 :在勻強磁場中放置一個矩形截面的載流導(dǎo)體 ,當(dāng) 與電流方向垂直時 ,導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了 ,這個現(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 . 名師點撥 理解帶電粒子在復(fù)合場中運動的這幾個實例時 ,一定要從其共性 qE=qvB出發(fā) . 磁場方向 電勢差 圖 6 熱點一 磁偏轉(zhuǎn)與電偏轉(zhuǎn)的區(qū)別 熱點聚焦 磁偏轉(zhuǎn) 電偏轉(zhuǎn) 受力 特征 v垂直 B時 ,FB=qvB, v不垂直于 B時 ,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 運動 規(guī)律 圓周運動 T= , R= 類平拋運動 vx=v0,vy= x=v0t
醫(yī)療健康相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1