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1、一、复合场一、复合场1定义：复合场是指定义：复合场是指、并存，或其并存，或其中某两种场并存，或分区域存在中某两种场并存，或分区域存在2三种场的比较三种场的比较电场电场磁场磁场重力场重力场力的特点力的特点功和能的特点功和能的特点重重力力场场大小：大小：G方向：方向：重力做功与路径重力做功与路径 重力做功改重力做功改变变物体的物体的静静电电场场大小：大小：F方向：正方向：正电电荷受力方向与荷受力方向与场场强强方向方向 ；负电负电荷受力荷受力方向与方向与场场强强方向方向电场电场力做功与路径力做功与路径 WqU电场电场力做功改力做功改变电变电荷荷的的磁磁场场洛洛伦兹伦兹力力F 方向方向符合左手定符合左
2、手定则则洛洛伦兹伦兹力不做功，不力不做功，不改改变带电变带电粒子的粒子的mg竖直向下竖直向下无关无关重力势能重力势能qE相同相同相反相反无关无关电势能电势能动能动能qvBsin3带电粒子在复合场中运动的几种情况带电粒子在复合场中运动的几种情况(1)当带电粒子所受合力为零时，将处于当带电粒子所受合力为零时，将处于或或状态状态(2)当当提供向心力，其余各力的合力为零时，带电粒提供向心力，其余各力的合力为零时，带电粒子做匀速圆周运动子做匀速圆周运动(3)当带电粒子所受合力大小与方向均变化时，将做非匀变速当带电粒子所受合力大小与方向均变化时，将做非匀变速曲线运动这类问题一般只能用能量关系来处理曲线运动
3、这类问题一般只能用能量关系来处理静止静止匀速直线运动匀速直线运动洛伦兹力洛伦兹力 分分析析带带电电粒粒子子在在复复合合场场中中的的运运动动时时，必必须须同同时时考考虑虑各各场场的的作作用用，全全面面正正确确地地分分析析带带电电粒粒子子的的受受力力和和运运动动特特征征，尤尤其其是是洛洛伦伦兹兹力力会会随随粒粒子子运运动动状状态态的的改改变而变化变而变化二、带电粒子在复合场中运动的典型应用二、带电粒子在复合场中运动的典型应用带电粒子在复合场中运动的重要应用，包括速度选择带电粒子在复合场中运动的重要应用，包括速度选择器、回旋加速器、磁流体发电机、电磁流量计等器、回旋加速器、磁流体发电机、电磁流量计等
4、1速度选择器速度选择器(如图如图831所示所示)(1)平行板中电场强度平行板中电场强度E和磁感应强度和磁感应强度B互相互相这种装置这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器器(2)带电粒子能够匀速沿直线带电粒子能够匀速沿直线通过速度选择器的条件是通过速度选择器的条件是，即，即v.垂直垂直qEqvB图图 8312回旋加速器回旋加速器(1)基本构造：回旋加速器的核心部分是放置在磁场中的两基本构造：回旋加速器的核心部分是放置在磁场中的两个个D形的金属扁盒形的金属扁盒(如图如图832所示所示)，其基本组成为：，其基本组成为：粒子源，粒子源
5、，两个两个D形金属盒，形金属盒，匀强磁场，匀强磁场，高频电高频电源，源，粒子引出装置粒子引出装置(2)工作原理工作原理电场加速电场加速qUEk.磁场约束偏转磁场约束偏转r.加速条件：高频电源的周期与带电粒子在加速条件：高频电源的周期与带电粒子在D形盒中运动形盒中运动的周期的周期，即，即T电场电场T回旋回旋.相同相同3磁流体发电机磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把磁流体发电是一项新兴技术，它可以把直接转直接转化为化为(2)根据左手定则，如图根据左手定则，如图833中的中的B是发电机是发电机(3)磁流体发电机两极板间的距离为磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为，等离子体
6、速度为v，磁场的磁，磁场的磁感应强度为感应强度为B，则两极板间能达，则两极板间能达到的最大电势差到的最大电势差U.物体的内能物体的内能电能电能正极正极Bvd图图8334电磁流量计电磁流量计工作原理：如图工作原理：如图834所示，圆形导管直径为所示，圆形导管直径为d，用非，用非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷的自由电荷(正、负离子正、负离子)在洛伦兹力的作用下横向偏在洛伦兹力的作用下横向偏转，转，a、b间出现电势差，形成电场间出现电势差，形成电场当自由电荷所受的当自由电荷所受的和和平衡时，平衡时，a、b间的电势差就保持稳定
7、，间的电势差就保持稳定，即：即：qvBqE，所以，所以v，因此液因此液体流量体流量电场力电场力洛伦兹力洛伦兹力5质谱仪质谱仪(1)用途：质谱仪是一种测量带电粒子质量和分离用途：质谱仪是一种测量带电粒子质量和分离的的仪器仪器(2)原理：如图原理：如图835所示，离子源所示，离子源A产生质量为产生质量为m、电荷、电荷量为量为q的正离子的正离子(所受重力不计所受重力不计)离子出来时速度很小离子出来时速度很小(可可忽略不计忽略不计)，经过电压为，经过电压为U的电场加速后进入磁感应强度的电场加速后进入磁感应强度为为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期到达记的匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期到
8、达记录它的照相底片录它的照相底片D上，测得它在上，测得它在D上的位置到入口处的距上的位置到入口处的距离为离为L，则，则联立求解得联立求解得m同位素同位素因此，只要知道因此，只要知道q、B、L与与U，就可计算出带电粒子的质量，就可计算出带电粒子的质量m.又因又因mL2，不同质量的同位素从不同处可得到分离，故质，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谱仪又是分离同位素的重要仪器6霍尔效应霍尔效应 在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当 与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方
9、向都垂直的方 向上出现了向上出现了 ，这个现象称为霍尔效应所产生的，这个现象称为霍尔效应所产生的 电势差称为霍尔电势差，电势差称为霍尔电势差，其原理其原理如图如图836所示所示磁场方向磁场方向电势差电势差1.带电粒子在匀强电场、匀强磁场中可能的运动性质带电粒子在匀强电场、匀强磁场中可能的运动性质在在场场强强为为E的匀的匀强强电场电场中中在磁感在磁感应应强强度度为为B的的匀匀强强磁磁场场中中初速度初速度为为零零做初速度做初速度为为零的匀加速直零的匀加速直线线运运动动保持静止保持静止初速度平行初速度平行场场线线做匀做匀变变速直速直线线运运动动做匀速直做匀速直线线运运动动初速度垂直初速度垂直场场线线
10、做匀做匀变变速曲速曲线线运运动动(类类平抛运平抛运动动)做匀速做匀速圆圆周运周运动动特点特点受恒力作用，做匀受恒力作用，做匀变变速运速运动动洛洛伦兹伦兹力不做功，力不做功，动动能不能不变变2“电偏转电偏转”和和“磁偏转磁偏转”的比较的比较受力特受力特征征v垂直于垂直于B时时，FBqvBv不垂直于不垂直于B时时，FBqvB，FB为变为变力，只改力，只改变变v的方向的方向无无论论v是否与是否与E垂直，垂直，FEqE，FE为为恒力恒力运运动规动规律律圆圆周运周运动动(vB)类类平抛运平抛运动动(vE)vxv0，vyxv0t，y磁偏磁偏转转电电偏偏转转磁偏磁偏转转电电偏偏转转偏偏转转情况情况若没有磁若
11、没有磁场边场边界限制，粒子界限制，粒子所能偏所能偏转转的角度不受限制的角度不受限制vE，偏，偏转转角角EGaGb，故选项，故选项C正确正确答案：答案：C5(2011济南模拟济南模拟)某塑料球成型机工作时，可以喷出速度某塑料球成型机工作时，可以喷出速度v010m/s的塑料小球，已知喷出小球的质量的塑料小球，已知喷出小球的质量m1.0104kg，并且在喷出时已带了，并且在喷出时已带了q1.0104C的负电荷，如图的负电荷，如图8316所示，小球从喷口飞出后，先滑过长所示，小球从喷口飞出后，先滑过长d1.5m的水的水平光滑的绝缘轨道，而后又经过半径平光滑的绝缘轨道，而后又经过半径R0.4m的圆弧形竖
12、的圆弧形竖立的光滑绝缘轨道，今在水平轨道上加上水平向右的电场立的光滑绝缘轨道，今在水平轨道上加上水平向右的电场强度为强度为E的匀强电场，小球恰好从圆形轨道的最高点的匀强电场，小球恰好从圆形轨道的最高点M处水处水平飞出；若再在圆形轨道区域加上垂直于纸面向里的匀强平飞出；若再在圆形轨道区域加上垂直于纸面向里的匀强磁场，小球则恰好从圆形轨道上与圆心等高的磁场，小球则恰好从圆形轨道上与圆心等高的N点脱离轨点脱离轨道落入放在地面上接地良好的金属容器内，道落入放在地面上接地良好的金属容器内，g10m/s2，求：，求：图图8316(1)所加所加电场电场的的电场电场强强度度E；(2)所加磁所加磁场场的磁感的磁感应应强强度度B.解析：解析：(1)设小球在设小球在M点的速率为点的速率为v1，只加电场时对小球在，只加电场时对小球在M点点由牛顿第二定律得：由牛顿第二定律得：mgm在水平轨道上，对小球由动能定理得：在水平轨道上，对小球由动能定理得：qEd由以上两式解之得：由以上两式解之得：E32V/m(2)设小球在设小球在N点的速率为点的速率为v2，在，在N点由牛顿第二定律得：点由牛顿第二定律得：qv2Bm从从M点到点到N点，由机械能守恒定律得：点，由机械能守恒定律得：mgR解得：解得：B5T.答案：答案：(1)32V/m(2)5T