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帶電粒子在組合電場中的運動

生活 更新时间:2024-07-29 23:10:15

一.帶電粒子在組合場中運動(1)明性質

要清楚場的性質、方向、強弱、範圍等.

(2)定運動

帶電粒子依次通過不同場區時,由受力情況确定粒子在不同區域的運動情況.

(3)畫軌迹

正确地畫出粒子的運動軌迹圖.

(4)用規律

根據區域和運動規律的不同,将粒子運動的過程劃分為幾個不同的階段,對不同的階段選用不同的規律處理.

(5)找關系

要明确帶電粒子通過不同場區的交界處時速度大小和方向關系,上一個區域的末速度往往是下一個區域的初速度.

二.帶電粒子在複合場(疊加場)中運動的處理方法

(1)弄清疊加場的組成特點.

(2)正确分析帶電粒子的受力及運動特點.

(3)畫出粒子的運動軌迹,靈活選擇不同的運動規律.

①若隻有兩個場,合力為零,則表現為勻速直線運動或靜止狀态.例如電場與磁場中滿足qE=qvB時、重力場與磁場中滿足mg=qvB時、重力場與電場中滿足mg=qE時.

②若三場共存,合力為零,粒子做勻速直線運動,其中洛倫茲力F=qvB的方向與速度v垂直

③若三場共存,粒子做勻速圓周運動,則有mg=qE,粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動,即qvB=mv²/r.

④當帶電粒子做複雜的曲線運動或有約束的變速直線運動時,一般應用動能定理或能量守恒定律求解.

三.求解臨界、極限的方法

帶電粒子在組合電場中的運動(帶電粒子在組合)1

四.思維建模

帶電粒子在組合電場中的運動(帶電粒子在組合)2

例題:如圖所示:正方形絕緣光滑水平台面WXYZ邊長l=1.8m,距地面h=0.8m。平行闆電容器的極闆CD間距d=0.1m且垂直放置于台面,C闆位于邊界WX上,D闆與邊界WZ相交處有一小孔。電容器外的台面區域内有磁感應強度B=1T、方向豎直向上的勻強磁場。電荷量q=5×10⁻¹³C的微粒靜止于W處,在CD間加上恒定電壓U=2.5V,闆間微粒經電場加速後由D闆所開小孔進入磁場(微粒始終不與極闆接觸),然後由XY邊界離開台面。在微粒離開台面瞬時,靜止于X正下方水平地面上A點的滑塊獲得一水平速度,在微粒落地時恰好與之相遇。假定微粒在真空中運動、極闆間電場視為勻強電場,滑塊視為質點,滑塊與地面間的動摩擦因數μ=0.2,取g=10m/s²

帶電粒子在組合電場中的運動(帶電粒子在組合)3

(1)求微粒在極闆間所受電場力的大小并說明兩闆的極性;

(2)求由XY邊界離開台面的微粒的質量範圍;

(3)若微粒質量m₀=1×10⁻¹³kg,求滑塊開始運動時所獲得的速度。

帶電粒子在組合電場中的運動(帶電粒子在組合)4

例題:如圖所示,一平行闆電容器兩極闆間電壓為U,相距為d,上極闆帶正電,極闆間有勻強磁場,磁場方向垂直紙面向裡.電子從下極闆由靜止開始運動,到達上極闆,對于給定的電壓U,當磁感應強度等于某一臨界值時,電子剛好不能到達上極闆.已知元電荷量為e,電子的質量為m,不計電子重力.

(1)求磁感應強度的臨界值B.

(2)電子在兩極闆間的運動為曲線運動,一般的曲線運動可以分為很多小段,每一小段都可以看作圓周運動的一部分,當磁感應強度為臨界值時,電子在曲線最高點等效圓周運動的半徑ρ.

帶電粒子在組合電場中的運動(帶電粒子在組合)5

帶電粒子在組合電場中的運動(帶電粒子在組合)6

帶電粒子在組合電場中的運動(帶電粒子在組合)7

例題:如圖所示,豎直線ab的左側存在勻強磁場和豎直向下的勻強電場,電場的電場強度為E,在ab右側某矩形區域内存在勻強磁場(圖中未畫出),磁場均垂直紙面向裡、磁感應強度大小均為B.一個質量為m、帶電荷量為十q的帶電粒子從c沿水平線cd向右運動經過d,進人ab右側的勻強磁場,當帶電粒子再次運動到ab線時速度方向與ab成θ=30°角,不計重力,求:

帶電粒子在組合電場中的運動(帶電粒子在組合)8

(1)帶電粒子在ab右側的磁場中做圓周運動的半徑,

(2)帶電粒子在ab右側磁場中的運動時間.

(3)矩形磁場區域的最小面積.

帶電粒子在組合電場中的運動(帶電粒子在組合)9

例題:如圖所示,在豎直平面内的xOy直角坐标系中,x軸上方存在正交的勻強電場和勻強磁場,電場強度大小為E₁,方向沿y軸向上,磁感應強度大小為B,方向垂直紙面向裡.x軸下方存在方向沿y軸向上的勻強電場(圖中未畫出),場強大小為E₂.一質量為m、電荷量為q的帶正電小球(可視為質點),從y軸上的A點以速度v₀沿x軸正方向抛出,經x軸上的P點後與x軸正向成45°角進入x軸上方恰能做勻速圓周運動.O、P兩點間距離x₀與O、A兩點間距離y滿足以下關系:₀=gx₀²/2v₀².重力加速度為g,以上物理量中m、q、v₀、g為已知量,其餘量大小未知.

(1)求電場強度E₁與E₂的比值.

(2)若小球可多次(大于兩次)通過P點,則磁感應強度B為多大?

(3)若小球恰能兩次通過P點,則磁感應強度B為多大?小球兩次通過P點時間間隔為多少?

帶電粒子在組合電場中的運動(帶電粒子在組合)10

帶電粒子在組合電場中的運動(帶電粒子在組合)11

例題:相互垂直的勻強電場E與勻強磁場B的方向如圖所示.比荷為γ的帶正電粒子,在圖中場區a處速度方向與B垂直,與電場線成30°角.經過一定時間到達圖中b處時,速度大小第一次增為a處速度大小的√2倍,速度方向第一次與電場線成60°角,不考慮重力,試求:

帶電粒子在組合電場中的運動(帶電粒子在組合)12

(1)粒子在而後的運動過程中,速度方向與電場線方向平行時的速度大小;

(2)粒子在而後的運動過程中,速度方向與電場線方向垂直時的速度大小;

(3)a、b間距.

帶電粒子在組合電場中的運動(帶電粒子在組合)13

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