带电粒子在复合场中的运动教案

第三章：磁场

3.6.3带电粒子在复合场中的运动

1.复合场：指电场、磁场和重力场并存，或其中某两场并存，或分区域存在.从场的复合形式上一般可分为如下四种情况：

①相邻场. ②重叠场. ③交替场. ④交变场.

3.带电粒子在复合场中的运动分类：

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，带电粒子在洛仑兹力力的作用下，在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动；

③一般的曲线运动：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条直线上，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复合场区域，运动情况随区域发生变化，运动过程由几种不同的运动阶段组成.

4.分析带电粒子在复合场中运动问题的基本解题思路

如图所示，在xOy平面内，匀强电场的方向沿x轴正向，匀强磁场的方向垂直于xOy平面向里.一电子在xOy平面内运动时，速度方向保持不变.则电子的运动方向沿()

A.x 轴正向

B.x 轴负向

C.y 轴正向

D.y 轴负向答案：C

解析：电子受静电力方向一定水平向左，所以需要受向右磁场力才能匀速运动，根据左手定则进行判断可得电子应沿y 轴正向运动.

两带电油滴在竖直向上的匀强电场E 和垂直纸面向里的匀强磁场B 正交的空间做竖直平面内的

匀速圆周运动，如图所示，则两油滴一定相同的是( )

①带电性质 ②运动周期 ③运动半径 ④运动速率 A.①② B.①④ C.②③④

D.①③④

解析：选A.由题意可知，mg ＝qE ，且电场力方向竖直向上，所以油滴带正电，由于T ＝2πm qB ＝2πB E g ＝2πE

Bg ，

故两油滴周期相同，由于运动速率不能确定，由r ＝mv

得，轨道半径不能确定，应选A.

如图所示的平行板之间，存在着相互垂直的匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度B 1＝0.20

T ，方向垂直纸面向里，电场强度E 1＝1.0×105V/m ，PQ 为板间中线.紧靠平行板右侧边缘xOy 坐标系的第一象限内，有一边界线AO ，与y 轴的夹角∠AOy ＝45°，边界线的上方有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度B 2＝0.25T ，边界线的下方有水平向右的匀强电场，电场强度E 2＝5.0×105V/m ，在x 轴上固定一水

平的荧光屏.一束带电荷量q ＝8.0×10－19C 、质量m ＝8.0×10－

26kg 的正离子从P 点射入平行板间，沿中线PQ 做直线运动，穿出平行板后从y 轴上坐标为(0，0.4m)的Q 点垂直y 轴射入磁场区，最后打到水平的荧光屏上的位置C .求：

(1)离子在平行板间运动的速度大小； (2)离子打到荧光屏上的位置C 的坐标；

(3)现只改变AOy 区域内磁场的磁感应强度大小，使离子都不能打到x 轴上，磁感应强度大小B 2′应满足什么条件？

解析：(1)设离子的速度大小为v ，由于沿中线PQ 做直线运动，则有qE 1＝qvB 1，代入数据解得v ＝5.0×105m/s.

(2)离子进入磁场，做匀速圆周运动，由牛顿第二定律有qvB 2＝mv 2/r 得，r ＝0.2m ，作出离子的运动轨迹，交OA 边界于N ，如图甲所示，OQ ＝2r ，若磁场无边界，一定通过O 点，则圆弧QN 的圆周角为45°，则轨迹圆弧的圆心角为θ＝90°，过N 点做圆弧切线，方向竖直向下，离子垂直电场线进入电场，做类平抛运动，y ＝OO ′＝vt ，x ＝at 2/2，而a ＝qE 2/m ，则x ＝0.4m ，离子打到荧光屏上的位置C 的水平坐标为xC ＝(0.2＋0.4)m ＝0.6m.

(3)只要粒子能跨过AO 边界进入水平电场中，粒子就具有竖直向下的速度而一定打在x 轴上.如图乙所

示，由几何关系可知使离子不能打到x 轴上的最大半径r ′＝0.4

2＋1m ，设使离子都不能打到x 轴上，最小的

磁感应强度大小为B 0，则qvB 0 ＝ mv 2/r ′，代入数据解得B 0＝

2＋1

T ＝0.3T ，则B 2′≥ 0.3T .

如图甲所示，在xOy 平面内加有空间分布均匀、大小随时间周期性变化的电场和磁场，变化规

律如图乙所示(规定竖直向上为电场强度的正方向，垂直纸面向里为磁感应强度的正方向).在t ＝0时刻，质量为m 、电荷量为q 的带正电粒子自坐标原点O 处以v 0＝2π m/s 的速度沿x 轴正向水平射入.已知电场强度E 0＝2m /q 、磁感应强度B 0＝2m /q ，不计粒子重力.求：

(1)t ＝π s 时粒子速度的大小和方向；

(2)π s ～2π s 内，粒子在磁场中做圆周运动的半径；

(3)画出0～4π s 内粒子的运动轨迹示意图；(要求：体现粒子的运动特点)

解析：(1)在0～π s 内，在电场力作用下，带电粒子在x 轴正方向上做匀速运动：v x ＝v 0，y 轴正方向上

做匀加速运动：v y ＝qE 0t /m ；π s 末的速度为v 1＝v 2x ＋v 2

y ，v 1与水平方向的夹角为α，则tan α＝v y /v x ，代入数据解得v 1＝22π m/s ，方向与x 轴正方向成45°斜向上.

(2)因T ＝2πm qB 0＝π s ，故在π s ～2π s 内，粒子在磁场中做一个完整的圆周运动，由牛顿第二定律得：qv 1B 0

＝mv 12/R 1，解得R 1＝mv 1/qB 0＝2π m . (3)轨迹如图所示.

如图所示，某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场，电场方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里，

一带电微粒从a 点进入场区并刚好能沿ab 直线向上运动，下列说法中正确的是( )

A.微粒一定带负电

B.微粒的动能一定减小

C.微粒的电势能一定增加

D.微粒的机械能一定增加答案：AD

解析：微粒进入场区后沿直线ab 运动，则微粒受到的合力或者为零，或者合力方向在ab 直线上(垂直于运动方向的合力仍为零).若微粒所受合力不为零，则必然做变速运动，由于速度的变化会导致洛伦兹力变化，则微粒在垂直于运动方向上的合力不再为零，微粒就不能沿直线运动，因此微粒所受合力只能为零而做匀速直线运动；若微粒带正电，则受力分析如下图甲所示，合力不可能为零，故微粒一定带负电，受力分析如图乙所示，故A 正确，B 错；静电力做正功，微粒电势能减小，机械能增大，故C 错，D 正确.

如图所示，质量为m 、电荷量为q 的微粒，在竖直向下的匀强电场、水平指向纸内的匀强磁场以

及重力的共同作用下做匀速圆周运动，下列说法中正确的是( )

A.该微粒带负电，电荷量q

＝

B.若该微粒在运动中突然分成荷质比相同的两个粒子，分裂后只要速度不为零且速度方向仍与磁场方向垂直，它们均做匀速圆周运动

C.如果分裂后，它们的荷质比相同，而速率不同，那么它们运动的轨道半径一定不同

D.只要一分裂，不论它们的荷质比如何，它们都不可能再做匀速圆周运动

解析：带电微粒在有电场力、洛伦兹力和重力作用的区域能够做匀速圆周运动，说明重力必与电场力大小相等、方向相反，由于重力方向总是竖直向下，故微粒受电场力方向向上，从题图中可知微粒带负电，选项A 正确.

即学即用

微粒分裂后只要荷质比相同，所受电场力与重力一定平衡(选项A 中的等式一定成立)，只要微粒的速度

不为零，必可在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，选项B 正确、D 错误.根据半径公式r ＝mv

可知，在荷质

比相同的情况下，半径只跟速率有关，速率不同，则半径一定不同，选项C 正确. 答案：ABC

如图所示，坐标系xOy 在竖直平面内，x 轴正方向水平向右，y 轴正方向竖直向上.y <0的区域有

垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B ；在第一象限的空间内有与x 轴平行的匀强电场(图中未画出)；第四象限有与x 轴同方向的匀强电场；第三象限也存在着匀强电场(图中未画出).一个质量为m 、电荷量为q 的带电微粒从第一象限的P 点由静止释放，恰好能在坐标平面内沿与x 轴成θ＝30°角的直线斜向下运动，经过x 轴上的a 点进入y <0的区域后开始做匀速直线运动，经过y 轴上的b 点进入x <0的区域后做匀速圆周运动，最后通过x 轴上的c 点，且Oa ＝Oc .已知重力加速度为g ，空气阻力可忽略不计，求：

(1)第一象限电场的电场强度E 1的大小及方向；

(2)带电微粒由P 点运动到c 点的过程中，其电势能的变化量大小； (3)带电微粒从a 点运动到c 点所经历的时间.

解析 (1)在第一象限内，带电微粒从静止开始沿Pa 做匀加速直线运动，受重力mg 和电场力qE 1的合力一定沿Pa 方向，电场力qE 1一定水平向左.

带电微粒在第四象限内受重力mg 、电场力qE 2和洛伦兹力qvB 做匀速直线运动，所受合力为零.分析受力可知微粒所受电场力一定水平向右，故微粒一定带正电. 所以，在第一象限内E 1方向水平向左(或沿x 轴负方向). 根据平行四边形定则，有mg ＝qE 1tan θ 解得E 1＝3mg /q

(2)带电粒子从a 点运动到c 点的过程中，速度大小不变，即动能不变，且重力做功为零，所以从a 点运动到c 点的过程中，电场力对带电粒子做功为零.

由于带电微粒在第四象限内所受合力为零，因此有qvB cos θ＝mg

带电粒子通过a 点时的水平分速度v x ＝v cos θ＝mg

带电粒子在第一象限时的水平加速度a x ＝qE 1/m ＝3g

带电粒子在第一象限运动过程中沿水平方向的位移s ＝v 2x 2a x ＝3m 2g

B 2q

由P 点到a 点过程中电场力对带电粒子所做的功W 电＝qE 1s ＝m 3g 2

2B 2q

因此带电微粒由P 点运动到c 点的过程中，电势能的变化量大小ΔE 电＝m 3g 2

2B 2q

(3)在第三象限内，带电微粒由b 点到c 点受重力mg 、电场力qE 3和洛伦兹力qvB 做匀速圆周运动，一定是重力与电场力平衡，所以有qE 3＝mg

设带电微粒做匀速圆周运动的半径为R ，根据牛顿第二定律，有qvB ＝mv 2/R

带电微粒做匀速圆周运动的周期T ＝2πm

带电微粒在第三象限运动的轨迹如图所示，连接bc 弦，因Oa ＝Oc ，所以Δabc 为等腰三角形，即∠Ocb ＝∠Oab ＝30°.过b 点做ab 的垂线，与x 轴交于d 点，因∠Oba ＝60°，所以∠Obd ＝30°，因此△bcd 为等腰三角形，bc 弦的垂直平分线必交于x 轴上的d 点，即d 点为轨迹圆弧的圆心.

所以带电粒子在第四象限运动的位移s ab ＝R cot θ＝3R 其在第四象限运动的时间t 1＝

s ab v ＝3m qB

由上述几何关系可知，带电微粒在第三象限做匀速圆周运动转过的圆心角为120°，即转过1/3圆周，所以从b 到c 的运动时间为：t 2＝T 3＝2πm

3qB

因此从a 点运动到c 点的时间为：t ＝t 1＋t 2＝

3m qB ＋2πm 3qB

＝??

??3＋2π3m qB 答案：(1)3mg /q 方向水平向左 (2)ΔE 电＝m 3g 2

2B 2q

2 (3)????3＋2π3m qB 如图甲所示，在以O 为坐标原点的xOy 平面内，存在着范围足够大的电场和磁场，一个带正电

小球在t ＝0时刻以v 0＝3gt 0的初速度从O 点沿＋x 方向(水平向右)射入该空间，在t 0时刻该空间同时加上

如图乙所示的电场和磁场，其中电场方向竖直向上，场强大小E 0＝mg

，磁场垂直于xOy 平面向外，磁感应

强度大小B 0＝πm

qt 0

，已知小球的质量为m ，带电荷量为q ，时间单位为t 0，当地重力加速度为g ，空气阻力

不计.试求：

(1)t 0末小球速度的大小；

(2)小球做圆周运动的周期T 和12t 0末小球速度的大小；

(3)在给定的xOy 坐标系中，大体画出小球在0到24t 0内运动轨迹的示意图； (4)30t 0内小球距x 轴的最大距离.

解析：(1)0～t 0内，小球只受重力作用，做平抛运动，在t 0末：

v ＝v 20x ＋v 20y ＝(3gt 0)2＋(gt 0)2＝10gt 0

(2)当同时加上电场和磁场时，电场力F 1＝qE 0＝mg ，方向向上

因为重力和电场力恰好平衡，所以小球只受洛伦兹力而做匀速圆周运动qvB 0＝m v 2

运动周期T ＝2πr

，联立解得T ＝2t 0

电场、磁场同时存在的时间正好是小球做匀速圆周运动周期的5倍，即在这10t 0内，小球恰好做了5个完整的匀速圆周运动.所以小球在t 1＝12t 0时刻的速度相当于小球做平抛运动t ＝2t 0时的末速度. v y 1＝g ·2t 0＝2gt 0，v x 1＝v 0x ＝3gt 0

所以12t 0末v 1＝v 2x 1＋v 2

y 1＝13gt 0

(3)24t 0内运动轨迹的示意图如右图所示.

(4)分析可知，小球在30t 0时与24t 0时的位置相同，在24t 0内小球相当于做了t 2＝3t 0的平抛运动和半个

圆周运动.23t 0末小球平抛运动的竖直分位移大小为y 2＝12g (3t 0)2＝92gt 2

竖直分速度v y 2＝3gt 0

所以小球与竖直方向的夹角为θ＝45°，速度大小为v 2＝32gt 0

此后小球做匀速圆周运动的半径r 2＝mv 2qB 0＝32gt 2

30t 0末小球距x 轴的最大距离：y 3＝y 2＋(1＋cos 45°)r 2＝? ????92＋3＋32πgt 20

答案：(1)10gt 0 (2)13gt 0 (3)见解析图 (4)? ????92

＋3＋32πgt 20

带电粒子在复合场中的运动(二)

带电粒子在复合场中的运动（二）第二部分：组合场模型例1、如图所示，POy区域内有沿y轴正方向的匀强电场，POx区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，OP与x轴成θ角．不计重力的负电荷，质量为m、电量为q，从y轴上某点以初速度v0垂直电场方向进入场区，经电场偏转后垂直OP进入磁场，然后又垂直x轴离开磁场．求： (1)电荷进入磁场时的速度大小。 (2)电场力对电荷做的功。 (3)电场强度E与磁感应强度B的比值。练1、如图所示，在y>0的空间中存在着沿y轴正方的匀强电场；在y<0的空间中存在垂直xoy平面向里的匀强磁场。一个带负电的粒子（质量为m，电荷量为q，不计重力），从y轴上的P 射入电场，经过x轴上的N（2b,0）点。求：（0，b）点以平行于x轴的初速度（1）粒子经过N点时的速度大小和方向。（2）已知粒子进入磁场后恰好通过坐标原点，则粒子在磁场中运动的时间为多少？

例2、如图所示，一个质量为m =2.0×10-11kg ，电荷量q = +1.0×10-5C 的带电微粒（重力忽略不计），从静止开始经U 1=100V 电压加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场中。金属板长L =20cm ，两板间距310=d cm 。求：（1）微粒进入偏转电场时的速度v 0是多大？（2）若微粒射出偏转电场时的偏转角为θ=30°，并接着进入一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场区，则两金属板间的电压U 2是多大？（3）若该匀强磁场的宽度为310=D cm ，为使微粒不会由磁场右边射出，该匀强磁场的磁感应强度B 至少多大？练2、如图所示，在平面直角坐标系xoy 内，第I 象限的等腰直角三角形MNP 区域内存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，y<0的区域内存在着沿y 轴正方向的匀强电场。一质量为m 、电荷量为q 的带电粒子从电场中Q （-2h ，-h ）点以速度0v 水平向右射出，经坐标原点O 处射入第I 象限，最后以垂直于PN 的方向射出磁场。已知MN 平行于x 轴，N 点的坐标为（2h ，2h ），不计粒子的重力，求：（1）电场强度的大小E ；（2）磁感应强度的大小B ；（3）粒子在磁场中运动的时间t 。

带电粒子在复合场中的运动典型例题汇编

专题八带电粒子在复合场中的运动考纲解读 1.能分析计算带电粒子在复合场中的运动.2.能够解决速度选择器、磁流体发电机、质谱仪等磁场的实际应用问题 1．[带电粒子在复合场中的直线运动]某空间存在水平方向的匀强电场(图中未画出)，带电小球沿如图1所示的直线斜向下由A点沿直线向B点运动，此空间同时存在由A指向B的匀强磁场，则下列说确的是() A．小球一定带正电B．小球可能做匀速直线运动 C．带电小球一定做匀加速直线运动；D．运动过程中，小球的机械能增大；图1 2．[带电粒子在复合场中的匀速圆周运动]如图2所示，一带电小球在一正交电场、磁场区域里做匀速圆周运动，电场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里，则下列说确的是() A．小球一定带正电B．小球一定带负电； C．小球的绕行方向为顺时针；D．改变小球的速度大小，小球将不做圆周运动图2 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，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名称力的特点功和能的特点重力场大小：G＝mg 方向：竖直向下重力做功与路径无关重力做功改变物体的重力势能静电场大小：F＝qE 方向：a.正电荷受力方向与场强方向相同 b.负电荷受力方向与场强方向相反电场力做功与路径无关 W＝qU 电场力做功改变电势能磁场洛伦兹力F＝q v B 方向可用左手定则判断洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的动能二、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．

带电粒子在复合场中运动的17个经典例题

（1）电子第一次经过x 轴的坐标值（2）电子在y 方向上运动的周期（3）电子运动的轨迹与x 轴的各个交点中，任意两个相邻交点间的距离（4）在图上画出电子在一个周期内的大致运动轨迹 4．（16分）如图所示，一个质量为m =2.0×10-11 kg ，电荷量q =+1.0×10-5 C 的带电微粒（重力忽略不计），从静止开始经U =100V 电压加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场中。金属板长L =20cm ，两板间距d =103cm 。求：⑴微粒进入偏转电场时的速度v 是多大？⑵若微粒射出电场过程的偏转角为θ=30°，并接着进入一个方向垂直与纸面向里的匀强磁场区，则两金属板间的电压U 2是多大？⑶若该匀强磁场的宽度为D =103cm ，为使微粒不会由磁场右边射出，该匀强磁场的磁感应强度B 至少多大？ 5、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）解析：如图所示，带电粒子从S 点出发，在两筒之间的电场作用下加速，沿径向穿过狭缝a 而进入磁场区，在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动。粒子再回到S 点的条件是能沿径向穿过狭缝d .只要穿过了d ，粒子就会在电场力作用下先减速，再反向加速，经d 重新进入磁场区，然后粒子以同样方式经过c 、b ，再回到S 点。设粒子进入磁场区的速度大小为V ，根据动能定理，有 D θ B U 1 U 2 v

带电粒子在复合场中的运动及应用实例

第3讲带电粒子在复合场中的运动及应用实例考点梳理一、复合场复合场是指电场、磁场和重力场并存，或其中某两场并存．从场的复合形式上一般可分为如下两种情况： 1．组合场 2．叠加场三、电场、磁场分区域应用实例 1．速度选择器(如图) (1)平行板间电场强度E 和磁感应强度B 互相垂直．这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器． (2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE ＝qvB ，即v ＝E /B . 2．磁流体发电机 (1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能． (2)根据左手定则，如图中的B 板是发电机正极． (3)磁流体发电机两极板间的距离为d ，等离子体速度为v ，磁场磁感应强度为B ，则两极板间能达到的最大电势差U ＝Bdv . 3．电磁流量计 (1)如图所示，一圆形导管直径为d ，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体流过导管； (2)原理：导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下横向偏转，a 、b 间出现电势差，形成电场．当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a 、b 间的电势差就保持稳定．由Bqv ＝Eq ＝U d q ，可得v ＝U Bd ，液体流量Q ＝S v ＝πd 24·U Bd ＝πdU 4B . 4．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，根据动能定理可得关系式12 mv 2＝qU ① 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 ＝m v 2r ② 由①②两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． r ＝1B 2mU q ，m ＝qr 2B 22U ，q m ＝2U B 2r 2. 2．回旋加速器 (1)构造：如图所示，D 1、D 2是半圆金属盒，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

粒子在复合场中的运动

带电粒子在复合场中的运动一、复合场的概念１.重力是否考虑：研究对象的重力是否要考虑，应根据题目的条件而定；一般情况下微观粒子重力不考虑，宏观物体的重力要考虑；２.电场力的大小及方向要会判断３.洛仑兹力的大小及方向要会判断二、复合场中的运动分类１.复合场分立在不同区域――应熟悉在各种场中的运动及相应解题方法（１）在电场中常考的运动：加（减）速直线――动能定理；类平抛――速度、位移的合成与分解。（２）在磁场中常考的运动：匀速圆周运动――定圆心、画轨迹、找几何关系列方程求解例１. 在平面直角坐标系xOy中，第Ⅰ象限存在沿y轴负方向的匀强电场，第Ⅳ象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度为B.一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从y轴正半轴上的M 点以速度v0垂直于y轴射入电场，经x轴上的N点与x轴正方向成θ＝60°角射入磁场，最后从y轴负半轴上的P点垂直于y轴射出磁场，如图所示，不计粒子重力，求 (1)M、N两点间的电势差U MN； (2)粒子在磁场中运动的轨道半径r； (3)粒子从M点运动到P点的总时间t. ２.复合场叠加在同一区域（１）当研究对象所受合外力为０时，静止或者匀速直线运动（２）当研究对象所受合外力与v共线时，匀变速直线运动例２.如图，两虚线之间的空间内存在着正交或平行的匀强电场E和匀强磁场B，有一个带正电的小球（电量为+q,质量为m）从正交或平行的电磁复合场上方的某一高度自由落下。那么小球可能沿直线通过下列哪个复合场（）重要结论1：在含有磁场的区域，研究对象做直线运动，则一定为匀速直线运动．（３）当研究对象所受合处力与v不共线时，曲线运动。（圆周运动或者复杂曲线） (圆周)例3. 如图所示，带电液滴从h高处自由落下，进入一个匀强电场与匀强磁场互相垂直的区域，磁场方向垂直纸面，电场强度为E，磁感应强度为B.已知液滴在此区域中做匀速圆周运动，则圆周运动的半径R=__________________ 重要结论2：在三个场都存在的时候，若研究对象做匀速圆周运动，则电场力一定与重力大小相等方(复杂曲线)例４.在空间有相互垂直的场强为E的匀强电场和磁感强度为B的匀强磁场，如图所示，一质量为m电荷量为e的电子从原点静止释放，不计重力。求电子在 y轴方向前进的最大距离Y m。重要结论３：当合外力大小和方向均变化，且与初速度方向不在一条直线上，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。常用配速法对轨迹进行分解。

带电粒子在复合场中的运动分析及例题

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．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．

【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 (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 ＝1 2 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q v B ＝m v 2r . 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． r ＝1B 2mU q ，m ＝qr 2B 22U ，q m ＝2U B 2r 2 . 2．回旋加速器 (1)构造：如图6所示，D 1、D 2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次地反向，粒子就会被一次一次地加速．由q v B ＝m v 2 r ，得 E km ＝q 2B 2r 2 2m ，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B 和D 形盒图6 半径r 决定，与加速电压无关．特别提醒这两个实例都应用了带电粒子在电场中加速、在磁场中偏转(匀速圆周运动) 的原理． 3．速度选择器(如图7所示)(1)平行板中电场强度E 和磁感应强度B 互相垂直．这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器． (2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE ＝q v B ，即v ＝E B . 图7 4．磁流体发电机 (1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能． (2)根据左手定则，如图8中的B 是发电机正极． (3)磁流体发电机两极板间的距离为L ，等离子体速度为v ，磁场的磁感应强度为B ，则由qE ＝q U L ＝q v B 得两极板间能达到的最大电势图8

带电粒子在复合场中运动题型方法

带电粒子在复合场中运动题型方法一、带电粒子在复合场中做直线运动 1．带电粒子在复合场中做匀速直线运动【方法攻略】粒子所受合外力为零时，所处状态一定静止或匀速直线运动。类型一：粒子运动方向与磁场平行时（洛伦兹力为零），电场力与重力平衡，做匀速直线运动。类型二：粒子运动方向与磁场垂直时，洛伦兹力、电场力与重力平衡，做匀速直线运动。正确画出受力分析图是解题的关键。【例1.】设在地面上方的真空中，存在的匀强电场和匀强磁场，已知电场强度和磁感应强度的方向相同，电场强度的大小E=4.0V/m，磁感应强度的大小B=0.15T，今有一个带负电的质点以v=20m/s的速度在此区域内沿垂直于场强方向做匀速直线运动，求此带电质点的电量与质量之比q/m以及磁场所有可能的方向（角度可以用反三角函数表示）。解析：（1）根据带电粒子做匀速直线运动的条件，可知带电粒子所受的电场力，重力、磁场力一定在同一竖直平面内，合力为零，如图所示，质点的速度方向一定垂直于纸面向外。由共点力平衡的条件可知：，则（2）设磁场力方向与重力方向的夹角为θ，将电场力和洛仑兹力方向垂直于重力方向分解，则有：，解得，θ=arctan0.75 即磁场方向是沿着与重力方向夹角θ=arctan0.75，且斜向下方的一切方向。点评：该题没有给出图示，需要学生自己在空间建立电场、磁场的方向以及三个共点力平衡的物理情景，对学生的知识和能力要求比较高。 2．带电粒子在复合场中做变速直线运动类型一：如果粒子在复合场中受轨道、支撑面、轻绳或轻杆等有形的约束时，可做变速直线运动。解题时只要从受力分析入手，明确变力、恒力及做功等情况，就可用动能定理、牛顿运动定律、运动学相关知识进行求解。【例2.】质量为m带电量为q的小球套在竖直放置的绝缘杆上，球与杆间的动摩擦因数为μ。匀强电场和匀强磁场的方向如图所示，电场强度为E，磁感应强度为B。小球由静止释放后沿杆下滑。设杆足够长，电场和磁场也足够大，求运动过程中小球的最大加速度和最大速度。解析：设小球带正电（带负电时电场力和洛伦兹力都将反向，结论相同）受力分析如图。当洛伦兹力和电场力大小相等时，即qBv=Eq，在竖直方向上只受重力，合力最大，加速度最大，即a m=g。当摩擦力和重力大小相等时，竖直方向上合力为零，速度达到最大值。则竖直方向上：；水平方向上：。联立解得：类型二：在无有形约束条件下，粒子受洛伦兹力、电场力、重力作用下，使与速度平行的方向上合力不等于零，与速度垂直

带电粒子在复合场中运动的经典例题解析

2015年带电粒子在复合场中运动的经典例题 1、（15分）如图所示，MN、PQ是平行金属板，板长为L，两板间距离为d，在PQ板的上方有垂直纸面向里的匀强磁场。一个电荷量为q、质量为m的带负电粒子以速度v0从MN板边缘沿平行于板的方向射入两板间，结果粒子恰好从PQ板左边缘飞进磁场，然后又恰好从PQ板的右边缘飞进电场。不计粒子重力。试求：（1）两金属板间所加电压U的大小；（2）匀强磁场的磁感应强度B的大小；（3）在图中画出粒子再次进入电场的运动轨迹，并标出粒子再次从电场中飞出的位置与速度方向。 B 2．（16分）如图，在x oy平面内，MN和x轴之间有平行于y轴的匀强电场和垂直于x oy 平面的匀强磁场，y轴上离坐标原点4 L的A点处有一电子枪，可以沿+x方向射出速度为v0的电子（质量为m，电量为e）。如果电场和磁场同时存在，电子将做匀速直线运动.如果撤去电场，只保留磁场，电子将从x轴上距坐标原点3L的C点离开磁场.不计重力的影响，求：（1）磁感应强度B和电场强度E的大小和方向；（2）如果撤去磁场，只保留电场，电子将从D点（图中未标出）离开电场，求D点的坐标；（3）电子通过D点时的动能。 3．（12分）如图所示，在y＞0的空间中，存在沿y轴正方向的匀强电场E；在y＜0的空间中，存在沿y轴负方向的匀强电场，场强大小也为E，一电子（电量为－e，质量为m）在y 轴上的P（0，d）点以沿x轴正方向的初速度v0开始运动，不计电子重力，求：（1）电子第一次经过x轴的坐标值

（2）电子在y方向上运动的周期（3）电子运动的轨迹与x轴的各个交点中，任意两个相邻交点间的距离（4）在图上画出电子在一个周期内的大致运动轨迹 4．（16分）如图所示，一个质量为m=2.0×10-11kg，电荷量q=+1.0×10-5C的带电微粒（重力忽略不计），从静止开始经U=100V电压加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场中。金属板长L=20cm，两板间距d=103cm。求：⑴微粒进入偏转电场时的速度v是多大？⑵若微粒射出电场过程的偏转角为θ=30°，并接着进入一个方向垂直与纸面向里的匀强磁场区，则两金属板间的电压U2是多大？⑶若该匀强磁场的宽度为D=103cm，为使微粒不会由磁场右边射出，该匀强磁场的磁感应强度B至少多大？ 5、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）解析：如图所示，带电粒子从S点出发，在两筒之间的电场作用下加速，沿径向穿过狭缝a而进入磁场区，在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动。粒子再回到S点的条件是能沿径向穿过狭缝d.只要穿过了d，粒子就会在电场力作用下先减速，再反向加速，经d重新进入磁场区，然后粒子以同样方式经过c、b，再回到S点。设粒子进入磁场区的速度大小为V，根据动能定理，有

带电粒子在复合场中运动的17个经典例题

物理带电粒子在复合场中的运动练习题及答案

一、带电粒子在复合场中的运动专项训练 1．小明受回旋加速器的启发，设计了如图1所示的“回旋变速装置”．两相距为d 的平行金属栅极板M 、N ，板M 位于x 轴上，板N 在它的正下方．两板间加上如图2所示的幅值为U 0的交变电压，周期02m T qB π= ．板M 上方和板N 下方有磁感应强度大小均为B 、方向相反的匀强磁场．粒子探测器位于y 轴处，仅能探测到垂直射入的带电粒子．有一沿x 轴可移动、粒子出射初动能可调节的粒子发射源，沿y 轴正方向射出质量为m 、电荷量为q （q ＞0）的粒子．t =0时刻，发射源在（x ，0）位置发射一带电粒子．忽略粒子的重力和其它阻力，粒子在电场中运动的时间不计．（1）若粒子只经磁场偏转并在y =y 0处被探测到，求发射源的位置和粒子的初动能；（2）若粒子两次进出电场区域后被探测到，求粒子发射源的位置x 与被探测到的位置y 之间的关系【来源】【省级联考】浙江省2019届高三上学期11月选考科目考试物理试题【答案】（1）00x y = ， ()2 02qBy m （2）见解析【解析】【详解】（1）发射源的位置00x y =，粒子的初动能：()2 00 2k qBy E m = ；（2）分下面三种情况讨论：（i ）如图1，002k E qU > 由02101mv mv mv y R R Bq Bq Bq = ==、、，

和 221001122mv mv qU =-，222101122 mv mv qU =-，及()012x y R R =++，得() () 2 2 002 224x y yqB mqU yqB mqU qB qB =+ ++ +；（ii ）如图2，0002k qU E qU << 由02 0mv mv y d R Bq Bq --==、，和 22 0201122 mv mv qU =+，及()032x y d R =--+，得() 2 2202 3)2x y d y d q B mqU qB =-++++（；（iii ）如图3，00k E qU < 由02 0mv mv y d R Bq Bq --==、，和 22 0201122 mv mv qU =-，及()04x y d R =--+，得() 2 2204 2x y d y d q B mqU qB =--+- 2．利用电场和磁场，可以将比荷不同的离子分开，这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用．如图所示的矩形区域ACDG(AC 边足够长)中存在垂直于纸面的匀强磁场，A 处有一狭缝．离子源产生的离子，经静电场加速后穿过狭缝沿垂直于GA 边且垂直

带电粒子在复合场中运动的17个经典例题

经典习题 1、（15分）如图所示，MN 、PQ 是平行金属板，板长为L ，两板间距离为d ，在PQ 板的上方有垂直纸面向里的匀强磁场。一个电荷量为q 、质量为m 的带负电粒子以速度v 0从MN 板边缘沿平行于板的方向射入两板间，结果粒子恰好从PQ 板左边缘飞进磁场，然后又恰好从PQ 板的右边缘飞进电场。不计粒子重力。试求：（1）两金属板间所加电压U 的大小；（2）匀强磁场的磁感应强度B 的大小；（3）在图中画出粒子再次进入电场的运动轨迹，并标出粒子再次从电场中飞出的位置与速度方向。 2．（16分）如图，在x oy 平面内，MN 和x 轴之间有平行于y 轴的匀强电场和垂直于x oy 平面的匀强磁场，y 轴上离坐标原点4 L 的A 点处有一电子枪，可以沿+x 方向射出速度为v 0的电子（质量为m ，电量为e ）。如果电场和磁场同时存在，电子将做匀速直线运动.如果撤去电场，只保留磁场，电子将从x 轴上距坐标原点3L 的C 点离开磁场.不计重力的影响，求：（1）磁感应强度B 和电场强度E 的大小和方向；（2）如果撤去磁场，只保留电场，电子将从D 点（图中未标出）离开电场，求D 点的坐标；（3）电子通过D 点时的动能。 3．（12分）如图所示，在y ＞0的空间中，存在沿y 轴正方向的匀强电场E ；在y ＜0的空间中，存在沿y 轴负方向的匀强电场，场强大小也为E ，一电子（电量为－e ，质量为m ）在y 轴上的P （0，d ）点以沿x 轴正方向的初速度v 0开始运动，不计电子重力，求：（1）电子第一次经过x 轴的坐标值（2）电子在y 方向上运动的周期（3）电子运动的轨迹与x 轴的各个交点中，任意两个相邻交点间的距离（4）在图上画出电子在一个周期内的大致运动轨迹 4．（16分）如图所示，一个质量为m =2.0×10-11kg ，电荷量 q =+1.0×10-5C 的带电微粒（重力忽略不计），从静止开始经U =100V 电压加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场中。金属板长L =20cm ，两板间距d =103cm 。求：⑴微粒进入偏转电场时的速度v 是多大？⑵若微粒射出电场过程的偏转角为θ=30°，并接着进入一个方向垂直与纸面向里的匀强磁场区，则两金属板间的电压U 2是多大？⑶若该匀强磁场的宽度为D =103cm ，为使微粒不会由磁场右边射出，该匀强磁场的磁感应强度B 至少多大？ 5、如图所示，两个共轴的圆筒形金属电极，外电极接地， B U 1 U 2 v v 0 B M N P Q m,-q L d

(九) 带电粒子在复合场中的运动

(九) 带电粒子在复合场中的运动 1.(2019·山师大附中模拟)如图1所示，两平行金属板E 、F 之间电压为U ，两足够长的平行边界MN 、PQ 区域内，有垂直纸面向外的匀强磁场，一质量为m 、带电荷量为＋q 的粒子(不计重力)，由E 板中央处静止释放，经F 板上的小孔射出后，垂直进入磁场，且进入磁场时与边界MN 成60°角，磁场区域的两平行边界MN 和PQ 之间的距离为d .求：图1 (1)粒子离开电场时的速度大小； (2)若粒子最终从磁场边界MN 离开磁场，磁感应强度的范围．答案 (1) 2qU m (2)B ≥3 2d 2mU q 解析 (1)粒子在电场中加速，由动能定理有： qU ＝1 2 m v 2，解得v ＝ 2qU m . (2)粒子在磁场中的运动轨迹刚好与PQ 相切时的轨道半径，是粒子从边界MN 离开磁场最大轨道半径，如图所示：由几何知识得：d ＝r ＋r sin 30°，粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：q v B ＝m v 2r 解得B ＝ 3 2d 2mU q .若粒子最终从磁场边界MN 离开磁场，则磁感应强度：B ≥3 2d 2mU q .

2．(2017·天津理综)平面直角坐标系xOy 中，第Ⅰ象限存在垂直于平面向里的匀强磁场，第Ⅲ象限存在沿y 轴负方向的匀强电场，如图2所示．一带负电的粒子从电场中的Q 点以速度v 0沿x 轴正方向开始运动．Q 点到y 轴的距离为到x 轴距离的2倍．粒子从坐标原点O 离开电场进入磁场，最终从x 轴上的P 点射出磁场，P 点到y 轴距离与Q 点到y 轴距离相等．不计粒子重力，问：图2 (1)粒子到达O 点时速度的大小和方向； (2)电场强度和磁感应强度的大小之比．答案 (1)2v 0 方向与x 轴正方向成45°角斜向上 (2)v 02 解析 (1)在电场中，粒子做类平抛运动，设Q 点到x 轴距离为L ，到y 轴距离为2L ，粒子的加速度为a ，运动时间为t ，有2L ＝v 0t ① L ＝1 2 at 2② 设粒子到达O 点时沿y 轴方向的分速度为v y v y ＝at ③ 设粒子到达O 点时速度方向与x 轴正方向夹角为α，有 tan α＝v y v 0 ④ 联立①②③④式得α＝45°⑤ 即粒子到达O 点时速度方向与x 轴正方向成45°角斜向上．设粒子到达O 点时速度大小为v ，由运动的合成有 v ＝ v 02＋v y 2⑥ 联立①②③⑥式得v ＝2v 0⑦ (2)设电场强度为E ，粒子电荷量为q ，质量为m ，粒子在电场中受到的电场力为F ，由牛顿第二定律可得

带电粒子在复合场中的运动专题练习(含答案)

带电粒子在复合场中的运动专题练习(含答案) 专题带电粒子在复合场中运动1．一个质量为m，电量为q的负电荷在磁感应强度为B的匀强磁场中绕固定的正电荷做匀速圆周运动，磁场方向垂直于它的运动平面，作用在负电荷上的电场力恰好是磁场力的三倍，则负电荷做圆周运动的角速度可能是：( ) A．4qBm3qBm2qBmqBmB． C． D． 2．如图11-4-5所示，足够长的光滑三角形绝缘槽，与水平面的夹角分别为α和β（α＜β），加垂直于纸面向里的磁场．分别将质量相等、带等量正、负电荷的小球 a、b依次从两斜面的顶端由静止释放，关于两球在槽上运动的说法正确的是（） A．在槽上，a、b两球都做匀加速直线运动，且aa＞ab B．在槽上，a、b两球都做变加速运动，但总有aa＞ab C．a、b两球沿直线运动的最大位移是sa＜ sbD．a、b两球沿槽运动的时间为ta和tb，则ta＜tb 3．一带正电的小球沿光滑水平桌面向右运动，飞离桌面后进入匀强磁场，如图11-4-6所示，若飞行时间t1后落在地板上，水平射程为s1，着地速度大小为v1，撤去磁场，其他条件不变，小球飞行时间t2，水平射程s2，着地速度大小为v2，则（） A．s2＞s1 B．t1＞t2 C．v1＞v2 D．v1=v

4．用绝缘细线悬挂一个质量为m、带电量为+q的小球，让它处于右图11-4-7所示的磁感应强度为B的匀强磁场中．由于磁场的运动，小球静止在如图位置，这时悬线与竖直方向夹角为α，并被拉直，则磁场运动的速度和方向是（）A．v=mg/Bq，水平向右 B．v=mg/Bq，水平向左 C．v=mgtanα/Bq，竖直向上 D．v=mgtanα/Bq，竖直向下B图11-4-5图11-4-6图11-4-75．如图11-4-8所示，有一电量为q，质量为m的小球，从两竖直的带等量异种电荷的平行板上方高h处自由下落，两板间有匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，那么带电小球在通过正交电磁场时( )A．一定做曲线运动 C．可能做匀速直线运动B．不可能做曲线运动D．可能做匀加速直线运动 6．如图11-4-9所示，带电平行板间匀强电场竖直向上，匀强磁场方向垂直纸面向里，某带电小球从光滑轨道上的a点自由下落，经轨道端点P进入板间后恰好沿水平方向做直线运动．现使小球从稍低些的b点开始自由滑下，在经过P点进入板间后的运动过程中，以下分析中正确的是( ) A．其动能将会增大 B．其电势能将会增大 C．小球所受的洛伦兹力将会逐渐增大 D．小球受到的电场力将会增大图11-4-9 图11-4-8

带电粒子在复合场中的运动(总结)

带电粒子在复合场中的运动一、带电粒子在复合场中的运动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，并不重叠或在同一区域，电场、磁场交替出现。 2、带电粒子在复合场中的运动分类 (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(即：Eq＝mg),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（即：Bqv= 2 v m r )。（３)非匀变速曲线运动当带电粒子所受的合外力的大小和方向均变化,且与初速度方向不在同一条直线上时，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复合场区域，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。二、带电粒子在复合场中运动的实例分析１、速度选择器 (1) 带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE=ｑv B，即ｖ= （２）平行板中电场强度Ｅ和磁感应强度B互相垂直.这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来。只选择速度，与粒子的正负和带电量无关。 2、质谱仪 (1)构造:如图所示，由粒子源、加速电场、速度选择器、偏转磁场和照相底片等构成。 (2)原理： ①粒子由静止在加速电场中被加速:qU＝错误!mv２。 ②粒子在速度选择器中,进行速度筛选。凡是速度满足ｖ=E B,才能顺 O

利进入偏转磁场。 ③粒子进入偏转磁场,受洛伦兹力偏转，做匀速圆周运动。根据牛顿第二定律得关系式qvB＝m得出: mv r Bq = 由图可知: 2mv op=2r= Bq L=得出： q2 m v BL = 3、回旋加速器 (１）构造:如图所示，D1、D2是半圆金属盒,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:粒子从D1型盒中心附近射出。经过D形盒缝隙间的电场加速，获得一定的速度后，进入D2型盒区域，发生偏转（半圆）后,再次进入电场，电场反向，粒子再次被加速后，再次进入D１型盒区域，发生偏转（半圆)。此过程交替进行, 粒子最终从D型盒边界射出。由q vＢ=＼f(m v2,R)得： mv r Bq = 当粒子圆周运动的半径为D型盒半径Ｒ时,速度最大V max=BqR m 则：E kｍax=q2B2R2 2m，特点：①交流电的周期和粒子做匀速圆周运动的周期相等。 ②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。 4、磁流体发电机 (1)等离子体:等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质。 (2)根据左手定则，如图中的B板是发电机正极。 (３）原理：等离子体中的正、负离子，在洛伦兹力的作用下横向偏转,A、Ｂ间出现电势差,形成电场。当正、负离子所受的电场力和洛伦兹力平衡时，ａ、ｂ间的电势差就保持稳定。磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为v，磁场的磁感应强度为B，则由qE＝q v B得:E=Bｖ进而得出：两极板间能达到的稳定的电势差U＝Bｖd

带电粒子在复合场中运动的应用实例

带电粒子在复合场中运动的应用实例 1．速度选择器 (1)平行板中电场强度E 和磁感应强度B 互相这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。 (2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是，即E v B = 例1、如图所示，有一混合正离子束先后通过正交电场、磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如果这束正离子束在区域Ⅰ中不偏转，进入区域Ⅱ后偏转半径又相同，则说明这些正离子具有相同的( ) A ．动能 B ．质量 C ．电荷量 D ．比荷 2．质谱仪 (1)用途：质谱仪是一种测量带电粒子质量和分离的仪器。 (2)原理：如图所示，离子源A 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D 上，测得它在D 上的位置到入口处的距离为L ，则2 210,,22v qU mv Bqv m L r r =-== 联立求解得：22 8qB L m U = 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2 m L ∝，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．例2、一个质量为m 、电荷量为q 的粒子，从容器下方的小孔S 1飘入电势差为U 的加速电场，其初速度几乎为零，然后经过S 3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B 的匀强磁场中，最后打到照相底片D 上。（1）求粒子进入磁场时的速率。（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。

3．回旋加速器 (1)基本构造：回旋加速器的核心部分是放置在磁场中的两个D形的金属扁盒，其基本组成为： ①粒子源，②两个D形金属盒，③匀强磁场，④高频电源，⑤粒子引出装置． (2)工作原理 ①电场加速qU＝ΔE k. ②磁场约束偏转 2 , v qBr qBv m v r r m ==∝ ③加速条件：高频电源的周期与带电粒子在D形盒中运动的周期相同，即 2 T=T= m qB π 回旋电场。例3、回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的直径为d，用该回旋加速器加速质量为m、电量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求：（1）粒子的回转周期是多大？（2）高频电极的周期为多大？（3）粒子的最大动能是多大？（4）粒子在同一个D形盒中相邻两条轨道半径之比例4、关于回旋加速器的工作原理，下列说法正确的是：（） A、电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋 B、电场和磁场同时用来加速带电粒子 C、同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由加速电压决定 D、同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由磁感应强度B决定和加速电压决定

带电粒子在复合场中的运动教案

带电粒子在复合场中的运动(二)

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带电粒子在复合场中的运动及应用实例

粒子在复合场中的运动

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带电粒子在复合场中运动题型方法

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(九) 带电粒子在复合场中的运动

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带电粒子在复合场中的运动(总结)

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