专题3：带电粒子在复合场中的运动.doc

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1、枣庄三中2013——2014学年度高二物理学案使用日期：2013年12月__日学号_______姓名___________专题3：带电粒子在复合场中的运动一、带电粒子在复合场电运动的基本分析1.当带电粒子在复合场中所受的合外力为0时，粒子将做匀速直线运动或静止．2.当带电粒子所受的合外力与运动方向在同一条直线上时，粒子将做变速直线运动．3.当带电粒子所受的合外力充当向心力时，粒子将做匀速圆周运动．4.当带电粒子所受的合外力的大小、方向均是不断变化的时，粒子将做变加速运动，这类问题一般只能用能量关系处理．二、电场

2、力和洛仑兹力的比较1.在电场中的电荷，不管其运动与否，均受到电场力的作用；而磁场仅仅对运动着的、且速度与磁场方向不平行的电荷有洛仑兹力的作用．2.电场力的大小F＝Eq，与电荷的运动的速度无关；而洛仑兹力的大小f=Bqvsinα,与电荷运动的速度大小和方向均有关．3.电场力的方向与电场的方向或相同、或相反；而洛仑兹力的方向始终既和磁场垂直，又和速度方向垂直．4.电场力既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向，而洛仑兹力只能改变电荷运动的速度方向，不能改变速度大小5.电场力可以对电荷做功，能改变电荷的

3、动能；洛仑兹力不能对电荷做功，不能改变电荷的动能．6.匀强电场中在电场力的作用下，运动电荷的偏转轨迹为抛物线；匀强磁场中在洛仑兹力的作用下，垂直于磁场方向运动的电荷的偏转轨迹为圆弧．三、对于重力的考虑重力考虑与否分三种情况．（1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等一般不做特殊交待就可以不计其重力，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、金属块等不做特殊交待时就应当考虑其重力．（2)在题目中有明确交待的是否要考虑重力的，这种情况比较正规，也比较简单．（3)对未

4、知名的带电粒子其重力是否忽略又没有明确时，可采用假设法判断，假设重力计或者不计，结合题给条件得出的结论若与题意相符则假设正确，否则假设错误．四、复合场中的特殊物理模型1模型一　速度选择器＋＋＋＋＋＋＋－－－－―――v正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能匀速（或者说沿直线）通过速度选择器。否则将发生偏转。这个速度的大小可以由洛伦兹力和电场力的平衡得出：在本图中，速度方向必须向右。（1）这个结论与离子带何种电荷、电荷多少都无关。（2）若速度小于这一速度，电场力将

5、大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大，粒子的轨迹既不是抛物线，也不是圆，而是一条复杂曲线；若大于这一速度，将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹是一条复杂曲线。（3）经过速度选择器的粒子，只是粒子的速度大小相等，但粒子的电性、电量及质量不一定相等．速度选择器中的E、B和v的方向是可以改变的，但必须是将三者任意两个量的方向同时改变，而不能同时改变三个或者任一个的方向，否则不能保证洛伦兹力方向与电场力方向始终相反，破坏速度选择功能．典例

6、.如上图所示，两块水平放置的金属板长L=1.40m，间距为d=0.30m。两板间有B=1.25T，方向垂直纸面向里的匀强磁场。两板电势差U=1.5×103V，上板电势高。当t=0时，质量m=2.00×10-15kg，电量q=1.00×10-10C的正粒子，以速度V=4.00×103m/s从两板中央水平射入。不计重力，试分析：①粒子在两板间如何运动？②粒子在两板间的运动时间是多少？71模型二　质谱仪1、主要构造质谱仪是科学研究中用来分析同位素和测量带电粒子质量的精密仪器。质谱议的主要构造如图所示：①带电粒子注入器

7、②加速电场③速度选择器④偏转磁场⑤照相底片2、工作原理如图所示，电场中电场力做功qU=mv2则离子进入磁场时的速度v=_____________（1）在磁场中的轨道半径r=_____________（2）又因偏转距离x=2r（3）由（1）（2）（3）得=_____________m=_____________典例.如图15－5－14所示，是一种质谱仪的示意图，从离子源S产生的正离子，经过S1和S2之间的加速电场，进入速度选择器．P1和P2间的电场强度为E，磁感应强度为B1．离子由S3射出后进入磁感应强度为B2的

8、匀强磁场区域．由于各种离子轨迹半径R不同，而分别射到底片上不同的位置，形成谱线．(1)若已知S1、S2间加速电压为U，并且磁感应强度为B2，半径R也是已知的，则离子的荷质比＝_____________．(2)若已知速度选择器中的电场强度E和磁感应强度B1，R和B2也知道，则离子的荷质比＝_______________．(3)要使氢的同位素氘和氚的正离子经加速电场和速度选择器以相同的速度