第3课时带电粒子在复合场中的运动【考纲解读】1.会分析速度选择器、磁流体发电机、质谱仪、回旋加速器等磁场的实际应用问题.2.会分析带电粒子在组合场、叠加场中的运动问题.【知识要点】一.回旋加速器和质谱仪1.质谱仪(1)构造:如图所示,由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成.(2)原理:粒子由静止被加速电场加速,qU=mv2.粒子在磁场中做匀速圆周运动,有qvB=m.由以上两式可得r=,m=,=.2.回旋加速器(1)构造:如图2所示,D1、D2是半圆形金属盒,D形盒的缝隙处接交流电源,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,粒子经电场加速,经磁场回旋,由qvB=,得Ekm=,可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径r决定,与加速电压无关.二.带电体在叠加场中的运动1.带电体在叠加场中无约束情况下的运动情况分类(1)洛伦兹力、重力并存①若重力和洛伦兹力平衡,则带电体做匀速直线运动.②若重力和洛伦兹力不平衡,则带电体将做复杂的曲线运动,因洛伦兹力不做功,故机械能守恒,由此可求解问题.(2)静电力、洛伦兹力并存(不计重力的微观粒子)①若静电力和洛伦兹力平衡,则带电体做匀速直线运动.②若静电力和洛伦兹力不平衡,则带电体将做复杂的曲线运动,因洛伦兹力不做功,可用动能定理求解问题.(3)静电力、洛伦兹力、重力并存①若三力平衡,一定做匀速直线运动.②若重力与静电力平衡,一定做匀速圆周运动.③若合力不为零且与速度方向不垂直,将做复杂的曲线运动,因洛伦兹力不做功,可用能量守恒定律或动能定理求解问题.2.带电体在叠加场中有约束情况下的运动带电体在叠加场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下,常见的运动形式有直线运动和圆周运动,此时解题要通过受力分析明确变力、恒力做功情况,并注意洛伦兹力不做功的特点,运用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求解.三.带电粒子在组合场中运动“电偏转”和“磁偏转”的比较:垂直电场线进入匀强电场(不计重力)垂直磁感线进入匀强磁场(不计重力)受力情况电场力F=qE,其大小、方向不变,与速度v无关,F是恒力洛伦兹力F洛=qvB,其大小不变,方向随v而改变,F洛是变力轨迹抛物线圆或圆的一部分运动轨迹INCLUDEPICTURE"E:\\鹿晴晴\\2015\\一轮\\Word\\一轮\\物理\\1183.TIF"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"E:\\杨营\\2015\\word\\微课\\物理\\物理通用\\1183.TIF"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"E:\\杨营\\2015\\word\\微课\\物理\\物理通用\\1183.TIF"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"../贾海兵/1183.TIF"\*MERGEFORMATINCLUDEPICTURE"E:\\鹿晴晴\\2015\\一轮\\Word\\一轮\\物理\\1184.TIF"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"E:\\杨营\\2015\\word\\微课\\物理\\物理通用\\1184.TIF"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"E:\\杨营\\2015\\word\\微课\\物理\\物理通用\\1184.TIF"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"../贾海兵/1184.TIF"\*MERGEFORMAT求解方法利用类似平抛运动的规律求解:vx=v0,x=v0tvy=·t,y=··t2偏转角半径:r=周期:T=偏移距离y和偏转角φ要结合圆的几何关系利1φ:tanφ==用圆周运动规律讨论求解运动时间t=t=T=动能变化不变【典型例题】例1.回旋加速器是用来加速带电粒子,使它获得很大动能的仪器,其核心部分是两个D形金属扁盒,两盒分别和一高频交流电源两极相接,以便在盒间的窄缝中形成匀强电场,使粒子每次穿过狭缝都得到加速,两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面,粒子源置于盒的圆心附近,若粒子源射出的粒子的电荷量为q,质量为m,粒子最大回旋半径为Rm,其运动轨迹如图所示.问:(1)D形盒内有无电场?(2)粒子在盒内做何种运动?(3)所加交流电压频率应是多大,粒子运动的角速度为多大?(4)粒子离开加速器时速度为多大?最大动能为多少?(5)设两D形盒间电场的电势差为U,盒间距离为d,其间电场均匀,求把静止粒子加速到上述能量所需时间.例2.如图所示,位于竖直平面内的坐标系xOy,在其第三象限空间有垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B=0.5T,还有沿x轴负方向的匀...