第九章 磁场（第三节 带电粒子在复合场中的运动）VIP免费

第九章磁场第三节带电粒子在复合场中的运动△考纲要求△掌握带电粒子在复合场中运动的几种常见情况，能灵活处理各种力同时存在的情况，能综合应用力学、电学等知识求解有关问题.☆考点透视☆一、复合场1.同时存在电场和磁场的区域，同时存在磁场和重力场的区域，同时存在电场、磁场和重力的区域，都叫做叠加场，也称为复合场。2.三种场力的特点⑴重力的大小为mg，方向竖直向下。重力做功与路径无关，其数值除与带电粒子的质量有关外，还与始、终位置的高度差有关。⑵电场力的大小为qE，方向与电场强度E及带电粒子所带电荷的性质有关。电场力做功与路径无关，其数值除与带电粒子的电荷量有关外，还与始、终位置的电势差有关。⑶洛伦兹力的大小跟速度与磁场方向的夹角有关，当带电粒子的速度与磁场方向平行时，F洛＝0；当带电粒子的速度与磁场方向垂直时，F洛＝qvB。洛伦兹力的方向垂直于速度v和磁感应强度B所决定的平面。无论带电粒子做什么运动，洛伦兹力都不做功。3.注意：电子、质子、α粒子、离子等微观粒子在叠加场中运动时，一般都不计重力。但质量较大的质点（如带电尘粒）在叠加场中运动时，不能忽略重力。二、带电粒子在复合场中运动的分析方法带电粒子在复合场中的运动，实际上仍是一个力学问题，分析的基本思路是：首先正确地对带电粒子进行受力分析和运动情况分析，再运用牛顿运动定律和运动学规律、动量定理、动能定理及动量和能量守恒定律等知识进行求解。进行受力分析时，要注意重力的判定。一般情况下，电子、质子、离子等基本粒子的重力可忽略不计；带电油滴、尘埃、小球等宏观物质颗粒重力不能忽略；或根据题目是否有明确的要求或暗示确定重力。运用规律求解时，对单个物体，宜用两大定理；涉及时间优先考虑动量定理，涉及位移优先考虑动能定理；对多个物体组成的系统讨论，则优先考虑两大守恒定律；涉及加速度的力学问题用牛顿第二定律，必要时再用运动学公式。三、带电粒子在复合场中的实际应用1.速度选择器（如图A-11-52-1）⑴速度选择器的条件：带电粒子从小孔S1水平射入，匀速通过叠加场，并从小孔S2水平射出，电场与洛伦兹力平衡即⑵使粒子匀速通过选择器的两种途径①当v0一定时，调节E和B的大小②当E和B一定时，调节加速电压U的大小，根据功能关系和匀速运动条件，有用心爱心专心图A-11-52-1所以，加速电压应为2.质谱仪质谱仪是一种测量带电粒子质量和分离同位素的仪器。如图A-11-52-2所示，离子源S产生质量为m，电荷量为q的正离子（所受重力不计）。离子出来时速度很小（可忽略不计），经过电压为U的电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期到达记录它的照相底片P上，测得它在P上的位置到入口处的距离为L，则联立求解得.因此，只要知道q、B、L与U，就可计算出带电粒子的质量m。又因∝L2，不同质量的同位素从不同处可得到分离，故质谱仪又是分离同位素的重要仪器。3.回旋加速器回旋加速器的工作原理如图A-11-52-3所示，设离子源中放出的是带正电的粒子，带正电的粒子以一定的初速度v0进入下方D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，运动半周后回到窄缝的边缘，这时在A1、A1'间加一向上的电场，粒子将在电场作用下被加速，速率由v0变为v1,然后粒子在上方D形盒的匀强磁场中做圆周运动，经过半个周期后到达窄缝的边缘A2′，这时在A2、A2′间加一向下的电场，使粒子又一次得到加速，速率变为v2，这样使带电粒子每通过窄缝时被加速，又通过盒内磁场的作用使粒子回旋到窄缝，通过反复加速使粒子达到很高的能量。带电粒子在磁场中运动的半径为，所以粒子被加速后回旋半径一次比一次增大；而带电粒子在磁场中运动的周期，所以粒子在磁场中运动的周期始终保持不变，这样只要加在两个电极上的高频电源的周期与带电粒子在磁场中运动的周期相同，就可以保证粒子每经过电场边界AA和A′A′时正好赶上合适的电场方向而被加速。4.磁流体发电机如图A-11-52-4是磁流体发电机，其原理是等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到A、B板上，产生电势差，设A、B平行金属板的面积为S，相距L，等离子体的电阻率为ρ，喷入气体...