带电粒子在复合场中的运动-3

带电粒子在复合场中的运动

1．(多选)如图所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。若静电分析器通道中心线的半径为R ，通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E ，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B 、方向垂直纸面向外。一质量为m 、电荷量为q 的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P 点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q 点。不计粒子重力。下列说法中正确的是( )

A ．极板M 比极板N 电势高

B ．加速电场的电压U ＝ER

C ．直径PQ ＝2B qmER

D ．若一群离子从静止开始经过上述过程都落在胶片上同一点，则该群离子具有相同的比荷

2．(多选)图甲是回旋加速器的工作原理图。D 1和D 2是两个中空的半圆金属盒，它们之间有一定的电势差，A 处的粒子源产生的带电粒子，在两盒之间被电场加速。两半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，所以粒子在半圆盒中做匀速圆周运动。若带电粒子在磁场中运动的动能E k 随时间t 的变化规律如图乙所示，不计带电粒子在电场中的加速时间，不考虑由相对论效应带来的影响，下列判断正确的是( )

A ．在E k -t 图中应该有t n ＋1－t n ＝t n －t n －1

B ．在E k -t 图中应该有t n ＋1－t n

C ．在E k -t 图中应该有E n ＋1－E n ＝E n －E n －1

D ．在

E k -t 图中应该有E n ＋1－E n

3．图(a)所示的xOy 平面处于匀强磁场中，磁场方向与xOy 平面(纸面)垂直，磁感应强度B 随时间t 变化的周期为T ，变化规律如图(b)所示。当B 为＋B 0时，磁感应强度方向指向纸外。在坐标原点O 处有一带正电的粒子P ，其电荷量与质量之比恰好等于

2πTB 0

。不计重力。设P 在某时刻t 0以某一初速度沿y 轴正方向自O 点开始运动，

将它经过时间T 到达的点记为A 。

(1)若t 0＝0，则直线OA 与x 轴的夹角是多少？

(2)若t 0＝T /4，则直线OA 与x 轴的夹角是多少？

4．某种加速器的理想模型如图甲所示：两块相距很近的平行小极板中间各开有一小孔a 、b ，两极板间电压u ab 的变化图像如图乙所示，电压的最大值为U 0、周期为T 0，在两极板外有垂直纸面向里的匀强磁场。若将一质量为m 0、电荷量为q 的带正电的粒子从板内a 孔处静止释放，经电场加速后进入磁场，在磁场中运行时间T 0后恰能再次从a 孔进入电场加速。现该粒子的质量增加了1100m 0

。(粒子在两极板间的运动时间不计，两极板外无电场，不考虑粒子所受的重力) (1)若在t ＝ 0 时将该粒子从板内a 孔处静止释放，求其第二次加速后从b 孔射出时的动能；

(2)现要利用一根长为L 的磁屏蔽管(磁屏蔽管置于磁场中时管内无磁场，忽略其对管外磁场的影响)，使图甲中实线轨迹(圆心为O )上运动的粒子从a 孔正下方相距L 处的c 孔水平射出，请在图甲中的相应位置处画出磁屏蔽管；

(3)若将电压u ab 的频率提高为原来的 2 倍，该粒子应何时由板内a 孔处静止开始加速，才能经多次加速后获得最大动能？最大动能是多少？

5．如图甲所示，相隔一定距离的竖直边界两侧为相同的匀强磁场区，磁场方向垂直纸面向里，在边界上固定两长为L 的平行金属极板MN 和PQ ，两极板中心各有一小孔S 1、S 2，两极板间电压的变化规律如图乙所示，正反向电压的大小均为U 0，周期为T 0。在t ＝0时刻将一个质量为m 、

电量为－q (q >0)的粒子由S 1静止释放，粒子在电场力的作用下向右运动，在t ＝T 02

时刻通过S 2垂直于边界进入右侧磁场区。(不计粒子重力，不考虑极板外的电场)

(1)求粒子到达S 2时的速度大小v 和极板间距d 。

(2)为使粒子不与极板相撞，求磁感应强度的大小应满足的条件。

(3)若已保证了粒子未与极板相撞，为使粒子在t ＝3T 0时刻再次到达S 2，且速度恰好为零，求该过程中粒子在磁场内运动的时间和磁感应强度的大小。

6．(多选)如图所示，两个重心重合的正三角形容器内分别存在着垂直于纸面向里和垂直于纸面向外的匀强磁场，已知内部三角形容器ABC 边长为2a ，内部磁感应强度大小为B ，且每条边的中点开有一个小孔。有一带电荷量为＋q 、质量为m 的粒子从AB 边中点D 垂直AB 进入内部磁场。如果要使粒子恰好不经过碰撞在磁场中运动一段时间后又能从D 点射入，下列说法正确的是( )

A ．容器ABC 与A ′

B ′

C ′之间的磁感应强度大小也为B

B ．容器A ′B ′

C ′的边长为23a

C ．粒子的速度大小为Bqa m

D ．粒子再次回到D 点的最短时间为

7πm 3Bq 7．如图所示，在第Ⅱ象限内有水平向右的匀强电场，电场强度为E ，在第Ⅰ、Ⅳ象限内分别存在如图所示的匀强磁场，磁感应强度大小相等。有一个带电粒子以垂直于x 轴的初速度v 0从x 轴上的P 点进入匀强电场中，并且恰好与y 轴的正方向成45°角进入磁场，又恰好垂直于x 轴进入第Ⅳ象限的磁场。已知OP 之间的距离为d ，则带电粒子在磁场中第二次经过x 轴时，在电场和磁场中运动的总时间为( )

A.7πd 2v 0

B.d v 0

(2＋5π) C.d v 0?

???2＋3π2 D.

d v 0????2＋7π2 8．如图所示，在无限长的竖直边界NS 和MT 间充满匀强电场，同时该区域上、下部分分别充满方向垂直于NSTM 平面向外和向内的匀强磁场，磁感应强度大小分别为B 和2B ，KL 为上下磁场的水平分界线，在NS 和MT 边界上，距KL 高h 处分别有P 、Q 两点，NS 和MT 间距为1.8h 。质量为m 、带电荷量为＋q 的粒子从P 点垂直于NS 边界射入该区域，在两边界之间做圆周运动，重力加速度为g 。

(1)求电场强度的大小和方向。

(2)要使粒子不从NS 边界飞出，求粒子入射速度的最小值。

(3)若粒子能经过Q 点从MT 边界飞出，求粒子入射速度的所有可能值。

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

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： v 0 B M N P Q m,-q L d

（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

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

最新 物理带电粒子在复合场中的运动专题练习(及答案)

一、带电粒子在复合场中的运动专项训练 1．如图所不，在x轴的上方存在垂直纸面向里，磁感应强度大小为B0的匀强磁场．位于x 轴下方的离子源C发射质量为m、电荷量为g的一束负离子，其初速度大小范围0? ，这束离子经电势差的电场加速后，从小孔O（坐标原点）垂直x轴并垂直磁场射入磁场区域，最后打到x轴上．在x轴上2a?3a区间水平固定放置一探测板（），假设每秒射入磁场的离子总数为N0，打到x轴上的离子数均匀分布（离子 重力不计）． （1）求离子束从小孔O射入磁场后打到x轴的区间； （2）调整磁感应强度的大小，可使速度最大的离子恰好打在探测板右端，求此时的磁感应强度大小B1； （3）保持磁感应强度B1不变，求每秒打在探测板上的离子数N；若打在板上的离子80%被吸收，20%被反向弹回，弹回速度大小为打板前速度大小的0.6倍，求探测板受到的作用力大小． 【来源】浙江省2018版选考物理考前特训（2017年10月)加试30分特训：特训7 带电粒子在场中的运动试题 【答案】（1）；（2）（3） 【解析】 (1)对于初速度为0的离子，根据动能定理：：qU＝mv 在磁场中洛仑兹力提供向心力：，所以半径：r1＝＝a 恰好打在x＝2a的位置； 对于初速度为v0的离子，qU＝mv－m(v0)2 r2＝＝2a， 恰好打在x＝4a的位置 故离子束从小孔O射入磁场打在x轴上的区间为[2a，4a]

(2)由动能定理 qU＝mv－m(v0)2 r3＝ r3＝a 解得B1＝B0 (3)对速度为0的离子 qU＝mv r4＝＝a 2r4＝1.5a 离子打在x轴上的区间为[1.5a,3a] N＝N0＝N0 对打在x＝2a处的离子 qv3B1＝ 对打在x＝3a处的离子 qv4B1＝ 打到x轴上的离子均匀分布，所以＝ 由动量定理 －Ft＝－0.8Nm＋0.2N(－0.6m－m) 解得F＝N0mv0． 【名师点睛】 初速度不同的粒子被同一加速电场加速后，进入磁场的速度也不同，做匀速圆周运动的半径不同，转半圈后打在x轴上的位置不同．分别求出最大和最小速度，从而求出最大半径和最小半径，也就知道打在x轴上的区间；打在探测板最右端的粒子其做匀速圆周运动的半径为1.5a，由半径公式也就能求出磁感应强度；取时间t=1s，分两部分据动量定理求作用力．两者之和就是探测板受到的作用力． 2．如图，空间存在匀强电场和匀强磁场，电场方向为y轴正方向，磁场方向垂直于xy平面（纸面）向外，电场和磁场都可以随意加上或撤除，重新加上的电场或磁场与撤除前的一样．一带正电荷的粒子从P(x＝0，y＝h)点以一定的速度平行于x轴正向入射．这时若只有磁场，粒子将做半径为R0的圆周运动；若同时存在电场和磁场，粒子恰好做直线运动．现在，只加电场，当粒子从P点运动到x＝R0平面（图中虚线所示）时，立即撤除电场同时加上磁场，粒子继续运动，其轨迹与x轴交于M点．不计重力．求： （1）粒子到达x＝R0平面时速度方向与x轴的夹角以及粒子到x轴的距离； （2）M点的横坐标x M．

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