带电粒子在电场课件.ppt

带电粒子在电场中的运动,专题：带电粒子在电场、磁场及复合场中的运动,带电粒子在匀强磁场中的运动,带电粒子在复合场中的运动,宜宾教科所 廖朝国 2015。4,带电粒子在电场中的运动1、带电粒子在电场中的偏转问题：善于用分运动的观点分析问题 善于用能量的观点站在系统的角度考虑问题 仔细审题，特别要注意重力能否忽略,2、带电粒子在方波形交变电场中的变速直线运动：画出速度时间图象,例1、在如图所示的XOY平面内(y轴正方向竖直向上)存在着水平向右的匀强电场有一带正电的小球自坐标原点O沿y轴正方向竖直向上抛出，它的初动能为4J，不计空气阻力当它上升到最高点M时它的动能为5J求带电小球落回到O点时的动能。,方法2、对水平分运动列两个动量定理：由O最高点过程：Ft=mvM-0 由OO过程：F2t=mvx-0 vx=2 vM 又vy=v0 可得：EK=mv2=m(vx2+vy2)=4 EK1+EK0=24J,方法1：列两个动能定理由O最高点过程：FS1-mgh=EKM-mv02而由OO过程：FS2=EK-EK0 又水平方向:而t2=2t1 S2=4S1 可得：EK=4 EKM+EK0=24J,例1、如图甲所示，相距d=15cm 的A、B 两极板是在真空中平行放置的金属板，当给它们加上电压后，它们之间的电场可视为匀强电场今在A、B两板之间加上如图乙所示的交变电压，交变电压的周期 T=1.010-6s，t=0时刻A板的电势比B板的电势高，且U0=l080 V,一个比荷q/m=1.0108 c/kg的带负电的粒子在t=0时刻从B板附近由静止开始运动，不计重力求：,当粒子的位移为多大时，速度第一次达到最大，最大值是 多少?(2)粒子运动过程中，将与某一极板相碰撞，求粒子碰撞极板时 速度的大小?,乙,(1)、当t=T/3时，粒子速度第一次达到最大,(2)、SA=2s=0.08 m SB=2s=0.02m S=SA-SB=0.06 m L=d-2s=0.03m,表明粒子将在第3个周期内的前T/3时间内到达A 板:,例2、如图所示是一个匀强电场的电场强度随时间变化的图象，在这个匀强电场中有一个带电粒子，在t=0时刻由静止释放，若带电粒子只受电场力作用，则电场力的作用和带电粒子的运动情况是：()A带电粒子将在电场中做有往复但总体上看不断向前的运动B03s内，电场力的冲量为零，电场力做功不等于零C3s末带电粒子回到原出发点D04s内电场力的冲量不等于零，电场力做的功却为零,带电粒子在匀强磁场中的运动,1、带电粒子在有界磁场中的磁偏转,带电粒子在矩形磁场区的运动,带电粒子在半无界磁场中的运动,带电粒子穿过圆形磁场区的运动,2、带电粒子在变化磁场区的磁偏转 运动带有明显的阶段性，在每一阶段的运动实质上仍然遵循有界场中的运动规律。,带电粒子在半无界磁场中的运动,例1：如图所示直线MN上方有磁感应强度为B的匀强磁场，正、负电子先后从同一点O以与MN成300角的同样速度v射人磁场(电子质量为m,带电量为e)，则它们从磁场中的射出点相距多远?在磁场中运动的时间差是多少?,qvB=mv2/ROP=OQ=2Rsin300,例2、(2005年重庆模拟)如图所示，L1和L2为距离d=5.0 cm的两平行虚线，L1上方和L2下方都是垂直纸面向里的磁感应强度均为B=0.02T的匀强磁场，A、B两点都在L2上质量m=1.67l0-27kg、电量q=1.60l0-19C的质子，从A点以v0=5.0105 m/s的速度与L1成300角斜向上射出，经过上方和下方的磁场偏转后正好经过B点，且经过B点时的速度方向也斜向上(结果保留两位有效数字)求：(1)质子在磁场中运动的半径(2)A、B两点间的最短距离(3)质子由A运动到B的最短时间,t=2tAC+T,带电粒子在矩形磁场区的运动,d,AB,粒子沿圆形磁场区的半径方向垂直磁场射入，由对称性可知出射线的反向延长线必过磁场圆的圆心,由几何关系可得：偏向角与两圆半径间的关系：偏转时间的关系式：,O、O分别为 磁场圆与轨迹圆的圆心;r、R分别为 磁场圆与轨迹圆的半径,例1（06年天津理综，24）：在以坐标原点O为圆心、半径为r的圆形区域内，存在磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，如图所示。一个不计重力的带电粒子从磁场边界与x轴的交点A处以速度v沿-x方向射入磁场，它恰好从磁场边界与y轴的交点C处沿y方向飞出。（1）请判断该粒子带何种电荷，并求出其比荷q/m；,（2）若磁场的方向和所在空间范围不变，而磁感应强度的大小变为B，该粒子仍从A处以相同的速度射入磁场，但飞出磁场时的速度方向相对于入射方向改变了60角，求：磁感应强度B多大？此次粒子在磁场中运动所用时间t是多少？,r,（1）、R=r qvB=mv2/R,粒子在磁场中飞行时间：,若碰撞n次,R1=OA1=r R2=r/2R=mv/qB B1/B2=R2/R1=1/2t1=T1/6 t2=T2/2 t1+t2=t,例2（06年北京模拟）：如图所示，在空间存在这样一个磁场区域，以MN为界，上部分的匀强磁场磁感应强度为B1，下部分的匀强磁场的磁感应强度为B2，B1=2B2=2B0，方向均垂直纸面向内，且磁场区域足够大在距离界线为h的P点有一带负电荷的离子处于静止状态，某时刻该离子分解成为带电荷的粒子A和不带电的粒子B，粒子A质量为m、带电荷q，以平行于界线MN的速度向右运动，经过界线MN时的速度方向与界线成600角，进入下部分磁场当粒子B沿与界线平行的直线到达位置Q点时，恰好又与粒子A相遇不计粒子的重力求：(1)、P、Q两点间距离；(2)、粒子B的质量,（1）、解直角三角形可得：R1-h=R1cos600 R1=2h,由R=m v/qB 又B1=2 B2 R2=2 R1=4hPQ=2(R2sin600-R1 sin600),带电粒子在复合场中的运动,1、带电粒子在组合场中的运动,2、带电粒子在叠加场中的运动,3、带电粒子在复合场中运动的典型 物理模型,在电场中的直线加速或减速与有界 磁场中的偏转相结合,带电粒子在组合场中的运动,在匀强电场中的类平抛偏转与有 界磁场中的偏转相结合,（2002年天津卷27题）（20分）电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。电子束经过电压为U的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所示，磁场方向垂直于圆面，磁场区的中心为O，半径为r，当不加磁场时，电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点。为了让电子束射到屏幕边缘P，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度，此时磁场的磁感应强度B应为多少？,（04年天津卷23题 15分)钍核发生衰变生成镭核并放出一个粒子.设该粒子的质量为m,电荷量为q,它进入电势差为U的带窄缝的平行平板电极S1和S2间电场时,其速度为v0,经电场加速后,沿ox方向进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场，ox垂直平板电极S2,当粒子从p点离开磁场时,其速度方向与ox方位的夹角=60,如图所示,整个装置处于真空中.写出钍核衰变方程;（1）求粒子在磁场中沿圆弧运动的轨道半径R;（2）求粒子在磁场中运动所用时间t.,例1、如图所示，在X轴上方有垂直于XY平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B；在X轴下方有沿Y轴负方向的匀强电场，场强为E一质量为m，电量为-q的粒子从坐标原点O沿Y轴正方向射出，射出之后第三次到达X轴时,它与O的距离为L，求此粒子射出时的速度和运动的总路程(重力不计),例2（2000年全国物理卷21题）、如图所示，两个共轴的圆筒形金属电极，外电极接地，其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝a、b、c和d外筒的外半径为r，在圆筒之外的足够大区域中有平行于轴线方向的均匀磁场，磁感应强度的大小为B在两极间加上电压，使两圆筒之间的区域内有沿半径向外的电场一质量为m、带电量为+q的粒子，从紧靠内筒且正对狭缝a的S点出发，初速为零如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点S，则两电极之间的电压U应是多少?(不计重力，整个装置在真空中),R=rqvB=mv2/R qU=mv2,例3、(2004，全国理综，湖南卷，24)如图所示，在Y0的空间中存在匀强电场，场强沿Y轴负方向；在Y0的空间中。存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外一电量为q、质量为m的带正电的运动粒子，经过Y轴上Y=h处的点P1时速率为v0，方向沿x轴正方向；然后，经过x轴上x=2h处的P2点进入磁场，并经过Y轴上Y=-2h处的P3点，不计重力求：(1)电场强度的大小；(2)粒子到达P2时速度的 大小和方向；(3)磁感应强度的大小,（1）、2h=v0t h=at2 qE=ma,（2）、vy=at=t=v0,带电粒子在叠加场中受轨道束缚的运动,带电粒子在叠加场中的圆周运动,带电粒子在叠加场中的直线运动,带电粒子在叠加场中的运动,例：如图所示，在一足够大的区域内，有一垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度B=0.25T，还有一水平向右的匀强电场，场强E=2102N/C,一带电小液滴质量m=10-5kg，电量q=-510-7C，在此区域恰好沿直线运动。取g=10m/s2，求：此带电液滴运动速度的大小及速度方向与电场强度方向的夹角。,带电粒子在叠加场中的圆周运动,自由的带电微粒在三个场共同作用下的匀速圆周运动 电场力和重力平衡，洛伦兹力充当向心力,巧用等效场的方法处理带电粒子在叠加场中的变速圆周运动 将重力场与电场的叠加场等效为一个简单场，然后与重力场中的圆周运动类比进行分析与解答。,例、如图所示，在水平向右的匀强电场，有一质量为m的带正电的小球，用长为l的绝缘细线悬挂于O点，当小球静止时细线与竖直方向夹角为现给小球一个垂直于悬线的初速度，使小球恰能在竖直平面内做圆周运动问：(1)、小球在做圆周运动的过程中，哪一位置速度最小?最小值多大?(2)、小球在B点的初速度多大？,F合=mg/cos g效=F合/m=g/cos A为等效最高点B为等效最低点。,带电粒子在叠加场中受轨道束缚的运动 由于洛伦兹力随速度而改变及引起其他力的变化，往往要使物体所受合外力及加速度要发生变化,解决这类问题时过程分析很重要。,例1：如图所示，质量为m的小环带+q电荷，套在足够长的绝缘杆上，动摩擦因数为，杆处于正交的匀强电场和匀强磁场中，杆与水平电场夹角为，若小环能从静止开始下滑，求环的最大加速度和最大速度?,mgsin-qEcos=mam,mgsin=qEcos+fqvmB=N+mgcos+qEsin f=N,例2（03年天津模拟卷）、如图所示，在虚线左右两侧均有磁感应强度相同的垂直纸面向外的匀强磁场和场强大小相同、方向不同的匀强电场。虚线左侧电场方向水平向右，虚线右侧电场方向竖直向上，左边电场中有一根足够长的固定细杆MN，N端位于两电场的交界线a、b 是两个质量相同的小环(环半径略大于杆半径)，a环带电，b环不带电，b环套在杆上的N端静止，将a环套在杆上的M端由静止释放，a环先加速后匀速运动到N端，a环与b环在N端碰撞并粘在一起，随即进入右侧场区做半径为0.1m的匀速圆周运动然后从虚线上的P点进人左侧场区，已知a环与细杆MN的动摩擦因数为0.2，求：(1)P点的位置(2)a环在杆上运动的最大速率,带电粒子在复合场中运动的典型物理模型,速度选择器,霍尔效应和磁强计,电磁流量计：（01天津卷）,磁流体发电机：（04年天津卷25题22分）,质谱仪：（01年天津卷30 24分）,回旋加速器：（05天津卷25题22分）,（例05天津卷25题22分）、正电子发射计算机断层（PET）是分子水平上的人体功能显像的国际领先技术，它为临床诊断和治疗提供全新的手段。PET在心脏疾病诊疗中，需要使用放射正电子的同位素氮13示踪剂。氮13是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氧16获得的，反应中同时还产生另一个粒子，试写出该核反应方程。PET所用回旋加速器示意如图，其中置于高真空中的金属D形盒的半径为R，两盒间距为d，在左侧D形盒圆心处放有粒子源S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向如图所示。质子质量为m，电荷量为q。设质子从粒子源S进入加速电场时的初速度不计，质子在加速器中运动的总时间为t（其中已略去了质子在加速电场中的运动时间），质子在电场中的加速次数与回旋半周的次数相同，加速质子时的电压大小可视为不变。求此加速器所需的高频电源频率f和加速电压U。试推证当Rd时，质子在电场中加速的总时间相对于在D形盒中回旋的时间可忽略不计（质子在电场中运动时，不考虑磁场的影响）。,（01年天津卷30 24分）：下图是测量带电粒子质量的仪器工作原理示意图。设法使某有机化合物的气态分子导入图中所示的容器A中，使它受到电子束轰击，失去一个电子变成正一价的分子离子。分子离子从狭缝s1以很小的速度进入电压为U的加速电场区（初速不计），加速后，再通过狭缝s2、s3射入磁感强度为B的匀强磁场，方向垂直于磁场区的界面PQ。最后，分子离子打到感光片上，形成垂直于纸面而且平行于狭缝s3的细线。若测得细线到狭缝s3的距离为d（1）导出分子离子的质量m的表达式（14分）,例（04年天津卷25题22分）、磁流体发电是一种新型发电方式,图1和图2是其工作原理示意图,图1中的长方体是发电导管,其中空部分的长、高、宽分别为l、a、b,前后两个侧面是绝缘体,上下两个侧面是电阻可略的导体电极,这两个电极与负载电阻RL相连,整个发电导管处于图2中磁场线圈产生的匀强磁场里,磁感应强度为B,方向如图所示,发电导管内有电阻率为的高温、高速电离气体沿导管向右流动,并通过专用管道导出,由于运动的电离气体受到磁场作用,产生了电动势,发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同.设发电导管内电离气体流速处处相同,且不存在磁场时电离气体流速为v0,电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比,发电导管两端的电离气体压强差维持恒定,求:（1）不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F多大;（2）磁流体发电机的电动势E的大小;（3）磁流体发电机发电导管的输入功率P.,（01天津卷）电磁流量计广泛应用于测量可导电流体(如污水)在管中的流量(在单位时间内通过管内横截面的流体的体积)为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c流量计的两端与输送流体的管道相连接(图中虚线)，图中流量计的上、下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表两端连接，I表示测得的电流值已知液体的电阻率为，不计电流表内阻，则可求得流量为(),物理高考复合场复习题集.doc,电学实验专题,实验器材的选择的几个原则：,安全因素：,通过电源、电表、电阻的电流不能超过允许的最大电流.,误差因素：,使指针有较大偏转（一般取大于满偏度的1/3）;使用欧姆表选档时让指针尽可能在中值刻度附近.,选用滑动变阻器时，要考虑其允许通过的最大电流和其电压调节范围，又要操作方便.,便于操作：,(4)实验的实际要求,长春市第二实验中学,U1=I1（RA+RP）U2=I2（RA+RP+RX）可得：RX=U1/I1 U2/I2,1、伏安法测电阻实验的方法迁移,消元法：增加一个单刀双掷开关和一个滑动变阻器，可以消除伏安法中电表内阻所造成的系统误差,例1、（05年全国I卷22题）、R1、R2为已知电阻，电源内阻不计,用给定的电路测毫安表内阻,全电路欧姆定律法：只有一只电流表或电压表，将滑动变阻器换成电阻箱，电源的电动势和内阻也未知,E=I1（R1+RA）E=I2（R1+R2+RA）,E=I1（R1+RX）=I2（R2+RX）,E=n1 I0（R1+RX）=n2 I0（R2+RX）,E=n1 I0（R1+RX+r）=n2 I0（R2+RX+r）=n3 I0（R3+RX+r）,(2005年长春模拟)现有一密封电源，内阻不知，电动势为l6 V左右，一个标准电阻箱(099.99)，电流表(00.6A)，开关、导线等,设计实验测定一个阻值为10左右的金属膜电阻器(在用陶瓷制成的圆柱体侧面喷涂一层金属制成)Rx的阻值,RX=R2-R1,替代法,2004年高考北京卷：A1是待测内阻的电流表，A2是标准电流表，R3是保护电阻、R1是电阻箱,串并联法：只提供几个电流表,利用电流表的自测与互测，测电流表内阻,A1表内阻待测，A2表内阻已知，R1为保护电阻：由I1r1=I2r2可得r1,（2001年天津卷29 20分）电流表A1，量程10A，内阻r1约为0.2；电流表A2，量程300mA，内阻r2约为5；电流表A3，量程250mA，内阻r3约为5；,问：三个电流表中，那几个可用此电路精确测出其电阻？,3、电流半偏法向电压半偏法的迁移,条件：RR 要求：闭合S2后不能 再调R误差：测量值偏小,条件：RR0要求：调节R0后不能再 调R误差：测量值偏大,5、测电源电动势和内电阻实验的迁移,电动势 E=E内阻 r=R0+r,（2004年天津模拟）,1多用电表有多少种功能?各有几个量程?2进行测量时通过多用电表的电流是什么方向?从哪个表笔流进?从哪个表笔流出?测量电阻时，红表笔与内电源的哪个电极相连?3多用电表欧姆挡的内电路是怎样的?调零时电流大小的表达式是怎样的?进行测量时电流大小的表达式又是怎样的?4什么是欧姆表的“中值电阻”?为什么说中值电阻等于欧姆表的内电阻?怎样从表盘上读出中值电阻值?电流大小分别是满偏值的二分之一、三分之一、四分之一时，待测电阻值各是多少?5欧姆表的刻度零点在哪一侧?为什么?欧姆表的刻度为什么是不均匀的?哪一端密?6欧姆表怎样读数?要不要估读？,多用电表的使用,拓展：没有电流表，但有两个电压表和一个电阻箱没有电流表，但只有一个电压表和一个电阻箱没有电压表，但有两个电流表和一个电阻箱没有电压表，但只有一个电流表和一个电阻箱,伏安法测电阻,基本电路,2、表述能力及解题的规范化训练,（1）文字表述方面要做到以下几点：对解答中涉及到的物理量而题中又没有明确指出是已知量的所有字母、符号用假设的方式进行说明或在图示上加以标注；说明题中的一些隐含条件；说明研究对象及研究的过程；写出所列方程的理论依据（包括定理、定律、公式）；对求解出的物理量中的负号的含义加以说明。,（2）列方程时要做到四要四不要，即,一是要物理方程而不是要数学公式,二是要原始式而不是要变形式,三是方程要完备，不要漏方程,四是要用原始式联立求解，不要用连等式,2、表述能力及解题的规范化训练,2、表述能力及解题的规范化训练,(3)对结果要注意：,对题中所求的物理量应有明确的回答（尽量写在显眼处），避免答非所问。答案中不能含有未知量和中间量。因物理数据都是近似值，不能以无理数或分数作计算结果，应把它化成小数。一般在最终结果中保留2到3位有效数字，多余部分采用四舍五入。是矢量的必须说明方向。,四、精讲与精练相结合，确保综合训练的实效性,3、优化训练模式，积累实战经验，增强对综合 形式考试的适应性,1、注意归错分析，做好错题的变式矫正训练 对所练、所讲的题目要进行归纳、总结，注重一题多变，通过变式训练有针对性的将解决问题的方法交给学生，促进学生能力的提升。,2、结合实际、去粗取精，取我所需，精选精练,“四讲四评”：四讲讲共性与个性 讲思路与规律讲题型和技巧讲发散和变化。四评评错误解答，防止重蹈覆辙评优秀解法，培养创新能力评新题生题，增强应变能力评陈题新做，提高忧患意识。,二、精选习题，认真讲评，突出科学方法的指导,讲评试卷要重思路、善引导、做示范、细纠正,结束语,总之，在后期复习中做好周密的科学统筹，坚持面向全体学生，分层要求，发挥学生的主体作用，强调自主性学习，尽量把时间和课堂还给学生；教师主要进行考试说明钻研，样题分析，分析高考趋势，收集高考信息，把握难易程度，确定复习方案，适时对学生进行引导和辅导，确定好专题，提高复习的针对性、有效性，就能使学生固本强基、更系统、更牢固掌握双基，在科学知识、科学方法、分析和解决问题的能力以及应试能力和心理准备等科学素质方面更上一层楼，得到进一步发展提高，为取得良好高考成绩打下基础。,谢谢大家！,