1、帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn):質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子以平行于極板的初速度υ0射入長L板間距離為d的平行板電容器間,兩板間電壓為U,求射出時的側(cè)移、偏轉(zhuǎn)角和動能增量.如下圖所示
側(cè)移:y = 12(Uqdm)(L υ0)2千萬不要死記公式,要清楚物理過程.根據(jù)不同的已知條件,結(jié)論改用不同的表達形式(已知初速度、初動能、初動量或加速電壓等)
偏角:tanθ = υy υ = UqLdmυ2,注意到y(tǒng) = L2tanθ,說明穿出時刻的末速度的反向延長線與初速度延長線交點恰好在水平位移的中點.這一點和平拋運動的結(jié)論相同.
穿越電場過程的動能增量:ΔEK = Eq•y(注意,一般來說不等于qU)
2、不計重力的帶電粒子在磁場中的運動
質(zhì)量為m,電量為q的帶電粒子以速度υ射入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,帶電粒子在磁場中的運動情況,與粒子速度方向和磁場方向之間的夾角θ密切相關(guān):
若帶電粒子沿磁場方向射入磁場,即粒子速度方向與磁場方向平行,θ=0°或180°時,帶電粒子不受洛倫茲力作用,即F=0,則粒子在磁場中以速度υ做勻速直線運動.
若帶電粒子的速度方向與勻強磁場方向垂直,即θ=90°時,帶電粒子所受洛倫茲力F=Bqυ,方向總與速度υ垂直.由洛倫茲力提供向心力,使帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動.粒子圓周運動的半徑:R=mv/Bq,粒子圓周運動的周期:T=
1.三種場力
大小 方向 決定因素
重力 G=mg=GMm/R2 豎直向下 由場決定,與物體的運動狀態(tài)(v)無關(guān)
電場力 F=qE 與E方向平行
洛倫茲力 f=Bqv 與B、v平面垂直(左手定則) 由場和物體的運動狀態(tài)(v)共同決定
2.重力的分析:
(1)對于微觀粒子,如電子、質(zhì)子、離子等一般不做特殊交待就可以不計其重力,因為其重力一般情況下與電場力或磁場力相比太小,可以忽略;
(2)對于一些實際物體,如帶電小球、液滴等不做特殊交待時就應(yīng)當(dāng)考慮重力;
(3)在題目中有明確交待是否要考慮重力的,這種情況比較正規(guī),也比較簡單.
3.電場力和洛倫茲力的比較:
(1)在電場中的電荷,不管其運動與否,均受到電場力的作用;而磁場僅僅對運動著的、且速度與磁場方向不平行的電荷有洛倫茲力的作用;
(2)電場力的大小與電荷的運動的速度無關(guān);而洛倫茲力的大小與電荷運動的速度大小和方向均有關(guān);
(3)電場力的方向與電場的方向或相同、或相反;而洛倫茲力的方向始終既和磁場垂直,又和速度方向垂直;
(4)電場既可以改變電荷運動的速度大小,也可以改變電荷運動的方向,而洛倫茲力只能改變電荷運動的速度方向,不能改變速度大小;
(5)電場力可以對電荷做功,能改變電荷的動能;洛倫茲力不能對電荷做功,不能改變電荷的動能;
(6)勻強電場中在電場力的作用下,運動電荷的偏轉(zhuǎn)軌跡為拋物線;勻強磁場中在洛倫茲力的作用下,垂直于磁場方向運動的電荷的偏轉(zhuǎn)軌跡為圓弧.
4.帶電粒子在獨立勻強場中的運動:
(1)不計重力的帶電粒子在勻強電場中的運動可分二種情況:平行進入勻強電場,在電場中做勻加速直線運動和勻減速直線運動;垂直進入勻強電場,在電場中做勻變速曲線運動(類平拋運動);
(2)不計重力的帶電粒子在勻強磁場中的運動可分二種情況:平行進入勻強磁場時,做勻速直線運動;垂直進入勻強磁場時,做變加速曲線運動(勻速圓周運動);
5.不計重力的帶電粒子在勻強磁場中做不完整圓周運動的解題思路:
不計重力的帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的軌跡半徑r=mv/Bq;其運動周期T=2pm/Bq(與速度大小無關(guān))
(1)用幾何知識確定圓心并求半徑:因為F方向指向圓心,根據(jù)F一定垂直v,畫出粒子運動軌跡中任意兩點(大多是射入點和出射點)的F或半徑方向,其延長線的交點即為圓心,再用幾何知識求其半徑與弦長的關(guān)系;
(2)確定軌跡所對的圓心角,求運動時間:先利用圓心角與弦切角的關(guān)系,或者是四邊形內(nèi)角和等于360°(或2p)計算出圓心角q的大小,再由公式t=qT/3600(或qT/2p)可求出運動時間.
6.帶電粒子在復(fù)合場中運動的基本分析
復(fù)合場是指電場、磁場、重力場并存,或其中某兩種場并存的場.帶電粒子在這些復(fù)合場中運動時,必須同時考慮電場力、洛倫茲力和重力的作用或其中某兩種力的作用,因此對粒子的運動形式的分析就顯得極為重要.所以問題本質(zhì)還是物體的動力學(xué)問題.
分析此類問題的一般方法為:首先從粒子的開始運動狀態(tài)受力分析著手,由合力和初速度判斷粒子的運動軌跡和運動性質(zhì),注意速度和洛倫茲力相互影響這一特點,將整個運動過程和各個階段都分析清楚,然后再結(jié)合題設(shè)條件,邊界條件等,選取粒子的運動過程,選用有關(guān)動力學(xué)理論公式求解.
(1)粒子所受的合力和初速度決定粒子的運動軌跡及運動性質(zhì):
當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中所受的合外力為0時,粒子將做勻速直線運動或靜止.
當(dāng)帶電粒子所受的合外力與運動方向在同一條直線上時,粒子將做變速直線運動.
當(dāng)帶電粒子所受的合外力充當(dāng)向心力時,粒子將做勻速圓周運動,且恒力的合力一定為零.
當(dāng)帶電粒子所受的合外力的大小、方向均是不斷變化的,則粒子將做變加速運動,這類問題一般只能用能量關(guān)系處理.
(2)勻變速直線運動公式、運動的合成和分解、勻速圓周運動的運動學(xué)公式;
(3)牛頓運動定律、動量定理和動量守恒定律;
(4)動能定理、能量守恒定律.
7.實際應(yīng)用模型有:顯像管、回旋加速器、速度選擇器、正負電子對撞機、質(zhì)譜儀、電磁流量計、磁流體發(fā)電機、霍爾效應(yīng)等等.
帶電粒子在復(fù)合場中的運動的計算需要哪些公式啊
帶電粒子在復(fù)合場中的運動的計算需要哪些公式啊
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