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带电粒子在复合场中的运动分析及例题.pdf

发布:2019-01-28约9.23千字共9页下载文档
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专题 带电粒子在复合场中的运动 考点梳理 一、复合场 1. 复合场的分类 (1)叠加场:电场、磁场、重力场共存,或其中某两场共存. (2)组合场:电场与磁场各位于一定的区域内,并不重叠或相邻或在同一区域,电场、磁 场交替出现. 2. 三种场的比较 项目 力的特点 功和能的特点 名称 大小:G=mg 重力做功与路径无关 重力场 方向:竖直向下 重力做功改变物体的重力势能 大小:F=qE 电场力做功与路径无关 静电场 方向:a.正电荷受力方向与场强方向相同 W=qU b.负电荷受力方向与场强方向相反 电场力做功改变电势能 洛伦兹力F=qvB 洛伦兹力不做功,不改变带电粒子 磁场 方向可用左手定则判断 的动能 二、带电粒子在复合场中的运动形式 1. 静止或匀速直线运动 当带电粒子在复合场中所受合外力为零时,将处于静止状态或做匀速直线运动. 2. 匀速圆周运动 当带电粒子所受的重力与电场力大小相等,方向相反时,带电粒子在洛伦兹力的作用下, 在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动. 3. 较复杂的曲线运动 当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化,且与初速度方向不在同一直线上,粒子做 非匀变速曲线运动,这时粒子运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线. 4. 分阶段运动 带电粒子可能依次通过几个情况不同的组合场区域,其运动情况随区域发生变化,其运 动过程由几种不同的运动阶段组成. 1 【规律总结】 带电粒子在复合场中运动的应用实例 1. 质谱仪 (1)构造:如图5所示,由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成. 图5 1 2 (2)原理:粒子由静止被加速电场加速,根据动能定理可得关系式qU= m . v 2 粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转,做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律得关系式qvB 2 v =m . r 由两式可得出需要研究的物理量,如粒子轨道半径、粒子质量、比荷. 2 2 2U 1 2mU qr B q r= ,m= , = . B q 2U m 2 2 B r 2. 回旋加速器 (1)构造:如图6所示,D 、D 是半圆形金属盒,D 形盒的缝隙处 1 2 接交流电源,D 形盒处于匀强磁场中. (2)原理:交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等,粒子在圆周 运动的过程中一次一次地经过D 形盒缝隙,两盒间的电势差一次一 2
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