带电粒子在复合场中的运动应用实例

第八章磁场 第三讲带电粒子在复合场中的运动及应用实例 知识点一带电粒子在复合场中的运动1 复合场与组合场 1 复合场 电场 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 磁场分时间段或分区域交替出现 2 运动情况分类 1 静止或匀速直线运动 当带电粒子在复合场中所受时 将处于静止状态或匀速直线运动状态 2 匀速圆周运动 当带电粒子所受的重力与电场力大小 方向时 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上时 粒子做非匀变速曲线运动 这时粒子的运动轨迹既不是圆弧 也不是抛物线 合外力为零 相等 相反 同一条直线 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 其运动过程由几种不同的运动阶段组成 变化 1 是否考虑粒子重力 1 对于微观粒子 如电子 质子 离子等 因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小 可以忽略 而对于一些实际物体 如带电小球 液滴 尘埃等一般应当考虑其重力 2 在题目中有明确说明是否要考虑重力的 按题目要求处理 3 不能直接判断是否要考虑重力的 在进行受力分析与运动分析时 要结合运动状态确定是否要考虑重力 2 分析方法 1 弄清复合场的组成 如磁场 电场的复合 磁场 重力场的复合 磁场 电场 重力场三者的复合等 2 正确受力分析 除重力 弹力 摩擦力外要特别注意静电力和磁场力的分析 3 确定带电粒子的运动状态 注意运动情况和受力情况的结合 4 对于粒子连续通过几个不同区域 不同种类的场时 要分阶段进行处理 5 画出粒子运动轨迹 灵活选择不同的运动规律 当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时 根据受力平衡列方程求解 当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时 应用牛顿定律结合圆周运动规律求解 当带电粒子做复杂曲线运动时 一般用动能定理或能量守恒定律求解 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 这种装置能把具有一定的粒子选择出来 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Eq 即 垂直 相同 qvB 知识点二电场磁场同区域存在应用实例 2 磁流体发电机 1 磁流体发电是一项新兴技术 它可以把 直接转化为能 内能 电 2 根据左手定则 如图中的B板是发电机 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 正极 Bdv 知识点二电场磁场同区域存在应用实例 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 洛伦兹力 电势差 平衡 知识点二电场磁场同区域存在应用实例 4 霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体 当磁场方向与电流方向垂直时 导体在与磁场 电流方向都垂直的方向上出现了这个现象称为霍尔效应 所产生的电势差称为霍尔电压 其原理如图所示 电势差 知识点二电场磁场同区域存在应用实例 1 质谱仪 1 构造 如图所示 由粒子源 加速电场 磁场和照相底片等构成 知识点三电场 磁场分区域组合的应用实例 2 回旋加速器 1 构造 如图所示 D1 D2是半圆金属盒 D形盒的缝隙处接高频电源 D形盒处于匀强磁场中 半径R