带电粒子在复合场中的运动(直线)周志龙.ppt

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1、第8.3.1带电粒子在组合场中的运动,基础回顾,1.质谱仪是测带电粒子质量和分析同位素的一种仪器,它的工作原理是带电粒子(不计重力)经同一电场加速后,垂直进入同一匀强磁场做圆周运动,然后利用相关规律计算出带电粒子质量.其工作原理如图所示,虚线为某粒子运动轨迹,由图可知()A.此粒子带负电B.下极板S2比上极板S1电势高C.若只增大加速电压U,则半径r变大D.若只增大入射粒子的质量,则半径r变小,2.如图所示,回旋加速器D形盒的半径为R,所加磁场的磁感应强度为B,用来加速质量为m、电荷量为q的质子,质子从下半盒的质子源由静止出发,加速到最大能量E后由A孔射出,则下列说法正确的是()A.回旋加速器

2、不能无限加速粒子B.增大交变电压U,则质子在加速器中运行时间将变短C.回旋加速器所加交变电压的频率为D.下半盒内部质子的轨道半径之比(由内到外)为1,3.如图甲所示是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图,其核心部分是两个D形金属盒.在加速带电粒子时,两金属盒置于匀强磁场中,两盒分别与高频电源相连.带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示,忽略带电粒子在电场中的加速时间,则下列判断正确的是()A.在Ekt图中应有t4t3t3t2t2t1B.加速电压越大,粒子最后获得的动能就越大C.粒子加速次数越多,粒子最大动能一定越大D.要想粒子获得的最大动能增大,可增加D形盒的面积,示范举例

3、,如图所示,在平面直角坐标系xOy内,第象限存在沿y轴负方向的匀强电场,第象限以ON为直径的半圆形区域内,存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子,从y轴正半轴上yh处的M点,以速度v0垂直于y轴射入电场,经x轴上x2h处的P点进入磁场,最后以垂直于y轴的方向射出磁场.不计粒子重力.求:(1)电场强度大小E;(2)粒子在磁场中运动的轨道半径r;,练习：如图，在矩形ABCD内对角线BD以上的区域存在有平行于AD向下的匀强电场,对角线BD以下的区域存在有垂直于纸面的匀强磁场(图中未标出),矩形AD边长为L,AB边长为 L.一个质量为m、电荷量q的带电粒

4、子(不计重力)以初速度v0从A点沿AB方向进入电场,在对角线BD的中点P处进入磁场,并从DC边上的Q点垂直于DC离开磁场,试求:(1)电场强度的大小;(2)带电粒子经过P点时速度的大小和方向;(3)磁场的磁感应强度的大小和方向.,第8.3.2带电粒子在复合场中的运动（直线）,（一）基础回顾1.美国发射的航天飞机“发现者”号搭载了一台磁谱仪,其中一个关键部件是由中国科学院电工研究所设计制造的直径为120 mm,高为800 mm、中心磁感应强度为0.134 T的永久磁体,它的主要使命是探测宇宙空间中可能存在的反物质,特别是宇宙中反氦原子的原子核(带负电).如图所示,磁谱仪中的4条径迹分别为质子、反

5、质子、粒子、反氦核的径迹,其中反氦核的径迹为()A.4B.3C.2 D.1,2.利用霍尔效应制作的霍尔元件广泛应用于测量和自动控制等领域.如图是霍尔元件的工作原理示意图,磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下,通入图示方向的电流I,C、D两侧面会形成电势差UCD,下列说法中正确的是()A.电势差UCD仅与材料有关B.若霍尔元件的载流子是自由电子,则电势差UCD0C.仅增大磁感应强度时,电势差UCD变大D.在测定地球赤道上方的地磁场强弱时,元件的工作面应保持水平,3.医生做某些特殊手术时,利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度.电磁血流计由电极a和b以及磁极N和S构成,磁极间的磁场是均匀的.使用

6、时,两电极a、b均与血管壁接触,两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直,如图所示.由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动,电极a、b之间会有微小电势差.在达到平衡时,血管内部的电场可看成是匀强电场,血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零.在某次监测中,两触点的距离为3.0 mm,血管壁的厚度可忽略,两触点间的电势差为160 V,磁感应强度的大小为0.040 T.则血流速度的近似值和电极a、b的正负为()A.1.3 m/s,a正、b负 B.2.7 m/s,a正、b负C.1.3 m/s,a负、b正 D.2.7 m/s,a负、b正,讨论：1.如图所示,一束质量、速度和电荷量不同的正离子

7、垂直地射入匀强磁场和匀强电场正交的区域里(不计重力作用),结果发现有些离子保持原来的运动方向,有些发生偏转.如果让这些不偏转的离子进入另一匀强磁场中,发现这些离子又分裂成几束,对这些进入另一磁场的离子,可得出结论()A.它们的动能一定各不相同B.它们的电荷量一定各不相同C.它们的质量一定各不相同D.它们的电荷量与质量之比一定各不相同,2.如图所示,在长方形abcd区域内有正交的电磁场,ab L,一带电粒子从ad的中点垂直于电场和磁场方向射入,恰沿直线从bc边的中点P射出,若撤去磁场,则粒子从c点射出;若撤去电场,则粒子将(重力不计)()A.从b点射出B.从b、P间某点射出C.从a点射出 D.从

8、a、b间某点射出,3.如图所示,在竖直虚线MN和MN之间区域内存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场,一带电粒子(不计重力)以初速度v0由A点进入这个区域,带电粒子沿直线运动,并从C点离开场区.如果撤去磁场,该粒子将从B点离开场区;如果撤去电场,该粒子将从D点离开场区.则下列判断正确的是()A.该粒子由B、C、D三点离开场区时的动能相同B.该粒子由A点运动到B、C、D三点的时间均不相同C.匀强电场的场强E与匀强磁场的磁感应强度B之比 v0D.若该粒子带负电,则电场方向竖直向下,磁场方向垂直于纸面向外,（二）示范举例,例1.如图所示,质量为m,带电荷量为q的微粒以速度v与水平方向成45角进入匀强电场

9、和匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里.如果微粒做匀速直线运动,则下列说法正确的是()A.微粒受电场力、洛伦兹力、重力三个力作用B.微粒受电场力、洛伦兹力两个力作用C.匀强电场的电场强度ED.匀强磁场的磁感应强度B,联系1：如图所示,某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场,电场方向水平向右,磁场方向垂直于纸面向里,一带电微粒由a点进入电磁场并刚好能沿ab直线向上运动,下列说法正确的是()A.微粒一定带正电B.微粒动能一定减小C.微粒的电势能一定增加D.微粒的机械能一定增加,联系2：如图所示,虚线内的空间中存在由匀强电场E和匀强磁场B组成的正交或平行的电场和磁场,有一个带正电的小球(电荷量为q,质量为m)

10、从正交或平行的电磁混合场上方的某一高度自由落下,那么,带电小球可能沿竖直线运动的是(),例2.如图所示,足够长的光滑绝缘斜面与水平面的夹角为(sin0.6),放在匀强电场和匀强磁场中,电场强度E50 V/m,方向水平向左,磁场方向垂直纸面向外.一个电荷量为q4102 C,质量m0.40 kg的光滑小球,以初速度v020 m/s从斜面底端向上滑,然后又下滑,共经过3 s脱离斜面,求磁场的磁感应强度.(g取10 m/s2),例3：如图所示，套在很长的绝缘圆直棒上的小球，其质量为m，带电量是+q，小球可在棒上滑动，将此棒竖直放在互相垂直，且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中，电场强度是E，磁感强度是B，小球与棒的动摩擦因数为，求小球由静止沿棒下落的最大加速度和最大速度（设小球带电量不变）,