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1、8-3带电粒子在复合场中的运动,1.复合场的分类 (1)组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，电场、磁场交替出现。(2)叠加场：电场、磁场、重力场共存，或其中某两场共存。,2.常见科学仪器的原理,1.下列带电粒子在复合场中常见的两种运动，通常具有哪些受力特点？ (1)静止或匀速直线运动； (2)匀速圆周运动 答案(1)当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于静止状态或匀速直线运动状态。 (2)当带电粒子所受的重力与静电力大小相等、方向相反时，带电粒子在洛伦兹力作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动。,电场力,垂直,匀变速曲线运动(或类平抛运动),抛物线,(2)“磁偏转”
2、受力特征：只受大小恒定的_，方向始终与速度方向_。 运动性质：_ 轨迹：_ 运动规律： _ 运动时间： _,洛伦兹力,垂直,匀速圆周运动,圆或圆弧,洛伦兹力在现代科技中的应用问题,与电、磁场有关的现代科技问题的分析方法 讨论与电、磁场有关的实际问题，首先应通过分析将其提炼成纯粹的物理问题，然后用解决物理问题的方法进行分析。这里较多的是用分析力学问题的方法，对于带电粒子在磁场中的运动，还应特别注意运用几何知识寻找关系。,A.霍尔元件前表面的电势低于后表面 B.若电源的正负极对调，电压表将反偏 C.IH与I成正比 D.电压表的示数与RL消耗的电功率成正比 思路探究(1)若把电源的正负极对调，电流I
3、H和线圈的磁场方向如何变化？ (2)试分析电路的连接方式，并确定电流I、IH与IL的关系。 (3)电压表测量的是什么电压？示数与IH有什么关系？,答案CD,带电粒子在组合场中运动的极值问题,带电粒子在组合场中运动的分析思路 第1步：分阶段(分过程)按照时间顺序和进入不同的区域分成几个不同的阶段； 第2步：受力和运动分析，主要涉及两种典型运动，如下：,第3步：用规律,【例2】 如图，在x轴上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外；在x轴下方存在匀强电场，电场方向与xOy平面平行，且与x轴成45夹角。一质量为m、电荷量为q(q0)的粒子以速度v0从y轴上P点沿y轴正方向射出，一段时
4、间后进入电场，进入电场时的速度方向与电场方向相反；又经过一段时间T0，磁场方向变为垂直于纸面向里，大小不变，不计重力。 (1)求粒子从P点出发至第一次到达x轴时所需的时间； (2)若要使粒子能够回到P点，求电场强度的最大值。,带电粒子在复合场中的运动情况分析方法,【典例】 (多选)如图所示，虚线框中存在垂直纸面向外的匀强磁场B和平行纸面且与竖直平面夹角为45的斜向下的匀强电场E，有一质量为m、电荷量为q的带负电的小球在高为h处的P点从静止开始自由下落，当小球运动到复合场内时刚好做直线运动，那么(),答案AB,粒子在洛伦兹力作用下的直线运动 洛伦兹力的大小、方向均与速度有关，当速度变化时，洛伦兹
5、力发生变化，合力发生变化，所以带电粒子在磁场中的直线运动往往为匀速直线运动(除沿磁感线运动的情况外)。,将重力场、电场和磁场按不同的方式组合，称为复合场。解复合场问题有两个要点： (1)全面的受力分析和细致的动态观察。综合力、电知识可知该部分总共有五种力：重力、弹力、摩擦力、电场力和磁场力(包括安培力和洛伦兹力)，受力分析时首先考虑重力能否忽略，质子、粒子和电子等带电粒子，一般不计重力，微粒、油滴、质点和小球等一般要计重力，通常情况下试题应有所提示。观,察带电粒子运动过程动态变化的重点是抓住洛伦兹力的特点总垂直于速度方向，在曲线运动中洛伦兹力的方向随速度方向的变化而变化，通过受力分析判断由此引
6、起的带电粒子运动过程的变化。 (2)善于将复杂的运动过程分解为连续、简单的子过程。在组合场问题中，带电粒子的运动分为若干个不同的阶段，要善于分解物理过程，能够按时间顺序将不同物理过程串联起来，达到完整解题的目的。,叠加场 【典例1】 如图所示，两块水平放置、间距为d的长金属板接在电压可调的电源上。两板之间的右侧区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。将喷墨打印机的喷口靠近上板下表面，从喷口连续不断地喷出质量均为m、水平速度均为v0、带相等电荷量的墨滴。调节电源电压至U，墨滴在电场区域恰能沿水平方向向右做匀速直线运动；进入电场、磁场共存区域后，最终垂直打在下板的M点。,(1)判断墨滴所带电荷的种类，
7、并求其电荷量； (2)求磁感应强度B的值； (3)现保持喷口方向不变，使其竖直下移到两板中间的位置。为了使墨滴仍能到达下板M点，应将磁感应强度调至B，则B的大小为多少？,带电粒子在叠加场中运动的处理方法： (1)确定带电粒子的运动状态，注意受力情况与运动情况相结合。 (2)对于粒子连续通过几个不同场的情况，要分阶段进行处理。 (3)画出粒子的运动轨迹，选择合适的物理规律： 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，应用牛顿运动定律结合圆周运动规律求解。 当带电粒子做复杂的曲线运动时，一般用动能定理或能量守恒定律求解。 对于临界问题，注
8、意挖掘隐含条件。,(1)试求带电粒子从P射入电场时的速度大小； (2)若O为抛物线OM的顶点，写出边界OM的抛物线方程； (3)要使带电粒子不穿过x轴，试确定匀强磁场的磁感应强度B应满足的条件。 由于不计重力,带电粒子以垂直于电场强度方向的速度进入电场后做类平抛运动,进入磁场后做匀速圆周运动。 (1)可由平抛运动规律求进入电场的初速度； (2)Q点是边界抛物线上的一点，求出Q点坐标的x、y关系式即为边界OM的抛物线方程； (3)带电粒子不穿过x轴的条件是，在磁场中的圆轨迹与x轴相切，由Q点速度方向和轨迹与x轴的切点确定圆心和轨道半径，即可判断磁感应强度应满足的条件。,答案见解析,1.先电场后磁场 (1)先在电场中做加速直线运动，然后进入磁场做圆周运动。(如图甲、乙所示) 在电场中利用动能定理或运动学公式求粒子刚进入磁场时的速度。,(2)先在电场中做类平抛运动，然后进入磁场做圆周运动。(如图甲、乙所示) 在电场中利用平抛运动知识求粒子进入磁场时的速度。,2.先磁场后电场 对于粒子从磁场进入电场的运动，常见的有两种情况： (1)进入电场时粒子速度方向与电场方向相同或相反； (2)进入电场时粒子速度方向与电场方向垂直。(如图甲、乙所示),解决带电粒子在交变电、磁场中的运动问题的基本思路,解题模板,
