《高考物理一轮复习要点提示 第8讲 带电粒子在复合场中的运动课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习要点提示 第8讲 带电粒子在复合场中的运动课件（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一、复合场 1定义：复合场是指电场、磁场、重力场并存，或其中某两种场并存，或分区域存在 2三种场的比较,3.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 或 状态 (2)当 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 (3)当带电粒子所受合力大小与方向均变化时，将做非匀变速曲线运动这类问题一般只能用能量关系来处理,分析带电粒子在复合场中的运动时，必须同时考虑各场的作用，全面正确地分析带电粒子的受力和运动特征，尤其是洛伦兹力会随粒子运动状态的改变而变化,静止,匀速直线运动,洛伦兹力,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，
2、包括速度选择器、回旋加速器、磁流体发电机、电磁流量计等 1速度选择器(如图所示) (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,qEqvB,垂直,2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(如图所示)，其基本组成为： 粒子源两个D形金属盒匀强磁场高频电源粒子引出装置,相同,3磁流体发电机 (1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能 (2)根据左手定则，如图所示中的B是发电机 (3)磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为v，磁场的磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大
3、电势差U .,正极,Bvd,电场力,洛伦兹力,同位素,6霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了 ，这个现象称为霍尔效应所产生的电势差称为霍尔电势差，其原理如图所示,电势差,1在如图所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域内(不计重力)，电子可能沿水平方向向右做直线运动的是() 解析：若电子水平向右运动，在A图中电场力水平向左，洛伦兹力竖直向下，故不可能；在B图中，电场力水平向左，洛伦兹力为零，故电子可能水平向右做匀减速直线运动；在C图中电场力竖直向下，洛伦兹力竖直向下，电子不可能向右做匀速直线运动；在D图中电场力竖直向上
4、，洛伦兹力竖直向上，故电子不可能做水平向右的直线运动，因此只有选项B正确 答案：B,2.如图所示，在长方形abcd区域内有正交的电磁场，abbc/2L，一带电粒子从ad的中点垂直于电场和磁场方向射入，恰沿直线从bc边的中点P射出，若撤去磁场，则粒子从c点射出；若撤去电场，则粒子将(重力不计)() A从b点射出 B从b、P间某点射出 C从a点射出 D从a、b间某点射出,答案：C,3如图所示，有一混合正离子束先后通过正交的电场、磁场区域和匀强磁场区域，如果这束正离子流在区域中不偏转，进入区域后偏转半径r相同，则它们一定具有相同的() A动量B质量 C电荷量 D比荷,答案：D,答案：(1)2.510
5、4T(2)1.1102m55 eV,带电粒子在分离的电场、磁场中的运动,1带电粒子在匀强电场、匀强磁场中可能的运动性质,2.“电偏转”和“磁偏转”的比较,(1)“电偏转”和“磁偏转”分别是利用电场和磁场对(运动)电荷的电场力和洛伦兹力的作用控制其运动方向和轨迹 (2)两类运动的受力情况和处理方法差别很大，要首先进行区别分析，再根据具体情况处理,例1在平面直角坐标xOy中，第象限存在沿y轴负方向的匀强电场，第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60角射入磁场，最后
6、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UMN； (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. 思路点拨根据粒子在不同区域内的运动特点和受力特点画出轨迹，分别利用类平抛和圆周运动的分析方法列方程求解,带电粒子在复合场中运动的一般思路,1带电粒子在复合场中运动的分析方法和一般思路 (1)弄清复合场的组成一般有磁场、电场的复合，磁场、重力场的 复合，磁场、电场、重力场三者的复合 (2)正确受力分析，除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静电力和磁 场力的分析 (3)确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结
7、合 (4)对于粒子连续通过几个不同情况的场的问题，要分阶段进行处理 (5)画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律 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，应用牛顿定律结合圆 周运动规律求解 当带电粒子做复杂曲线运动时，一般用动能定理或能量守恒定律 求解 对于临界问题，注意挖掘隐含条件,2复合场中粒子重力是否考虑的三种情况 (1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、金属块等一般应当考虑其重力 (2)在题目中有明确说明是否要考虑重力的，这种情
8、况比较正规，也比较简单 (3)不能直接判断是否要考虑重力的，在进行受力分析与运动分析时，要由分析结果确定是否要考虑重力,重力、电场力做功与路径无关，洛伦兹力始终和运动方向垂直，永不做功，但洛伦兹力要随带电粒子运动状态的变化而改变,例2如右图所示，在磁感应强度为B的水平匀 强磁场中，有一足够长的绝缘细棒OO在竖直面内 垂直于磁场方向放置，细棒与水平面夹角为.一质 量为m、带电荷量为q的圆环A套在OO棒上，圆 环与棒间的动摩擦因数为，且tan .现让圆环A由静止开始下滑，试问圆环在下滑过程中： (1)圆环A的最大加速度为多大？获得最大加速度时的速度为多大？ (2)圆环A能够达到的最大速度为多大？
9、思路点拨,2如图所示，套在很长的绝缘直棒上的小球， 质量为1.0104 kg，带4.0104 C正电荷，小 球在棒上可以滑动，将此棒竖直放置在沿水平方 向的匀强电场和匀强磁场中匀强电场的电场强 度E10 N/C，方向水平向右，匀强磁场的磁感 应强度B0.5 T，方向为垂直纸面向里，小球与棒间动摩擦因数为0.2，求小球由静止沿棒竖直下落的最大加速度和最大速度(设小球在运动过程中所带电荷量保持不变，g取10 m/s2),答案：2 m/s25 m/s,带电粒子在复合场中运动的分类,1带电粒子在复合场中无约束情况下的运动 (1)磁场力、重力并存 若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动 若重力和洛
10、伦兹力不平衡，则带电体将做复杂的曲线运动，因F洛不做功，故机械能守恒，由此可求解问题 (2)电场力、磁场力并存(不计重力的微观粒子) 若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动 若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体做复杂的曲线运动，因F洛不做功，可用动能定理求解问题 (3)电场力、磁场力、重力并存 若三力平衡，一定做匀速直线运动 若重力与电场力平衡，一定做匀速圆周运动 若合力不为零且与速度方向不垂直，做复杂的曲线运动，因F洛不做功，可用能量守恒或动能定理求解问题,2带电粒子在复合场中有约束情况下的运动 带电体在复合场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下，常见的运动形式有直线运动和圆周运动
11、，此时解题要通过受力分析明确变力、 恒力做功情况， 并注意洛伦兹力不做功的特点， 运用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求出结果 3带电粒子在复合场中运动的临界值问题 由于带电粒子在复合场中受力情况复杂、运动情况多变，往往出现临界问题，这时应以题目中的“最大”、“最高”、“至少”等词语为突破口，挖掘隐含条件，根据临界条件列出辅助方程，再与其他方程联立求解,带电粒子在复合场中运动的问题，往往综合性较强、物理过程复杂在分析处理该部分的问题时，要充分挖掘题目的隐含信息，利用题目创设的情景，对粒子做好受力分析、运动过程分析，有必要时画出受力分析图和运动过程示意图，培养空间想象能力、分析综合能力、应
12、用数学知识处理物理问题的能力,例3如图所示 ，在磁感应强度为B的匀强磁 场中，有一与磁感线垂直且水平放置的、长为L 的摆线，拴一质量为m、带有q电荷量的摆球， 若摆球始终能在竖直平面内做圆弧运动试求 摆球通过最低位置时绳上的拉力F的大小 思路点拨解答此题应把握以下两点： (1)弹力和洛伦兹力都随小球速度改变而改变，但这两力不做功，只有重力做功 (2)在最低点应用牛顿第二定律求解,3在竖直平面内半圆形光滑绝缘管处在如图所示的匀 强磁场中，B1.1 T，半径R0.8 m，其直径AOB在竖直 线上圆环平面与磁场方向垂直，在管口A处以2 m/s水平 速度射入一个直径略小于管内径的带电小球，其电荷量为
13、104 C，问： (1)小球滑到B处的速度为多少？ (2)若小球从B处滑出的瞬间，管子对它的弹力恰好为零，小球质量为多少？(g10 m/s2),答案：(1)6 m/s(2)1.2105 kg,1.(2010年高考重庆卷)如图所示，矩形MNPQ区域内有方向垂直于纸面的匀强磁场，有5个带电粒子从图中箭头所示位置垂直于磁场边界进入磁场，在纸面内做匀速圆周运动，运动轨迹为相应的圆弧这些粒子的质量、电荷量以及速度大小如下表所示.,由以上信息可知，从图中a、b、c处进入的粒子对应表中的编号分别为() A3、5、4B4、2、5 C5、3、2 D2、4、5,答案：D,解析：洛伦兹力方向始终与小球运动速度方向垂
14、直，不做功，故A正确、B错误；小球在竖直方向受向上的电场力与向下的重力，二者大小相等，试管向右匀速运动，小球的水平速度保持不变，则竖直向上的洛伦兹力分量大小不变，小球竖直向上做匀加速运动，即小球做类平抛运动，故C正确；小球竖直分速度增大，受水平向左的洛伦兹力分量增大，为维持试管匀速运动拉力F应逐渐增大，D正确 答案：B,3(2012年铜陵模拟)如图所示的装置，左半部分为速度选择器，右半部分为匀强的偏转电场一束同位素离子流从狭缝S1射入速度选择器，能够沿直线通过速度选择器并从狭缝S2射出的离子，又沿着与电场垂直的方向，立即进入场强大小为E的偏转电场，最后打在照相底片D上已知同位素离子的电荷量为q(q0)，速度选择器内部存在着相互垂直的场强大小为E0的匀强电场和磁感应强度大小为B0的匀强磁场，照相底片D与狭缝S1、S2的连线平行且距离为L，忽略重力的影响,(1)求从狭缝S2射出的离子速度v0的大小； (2)若打在照相底片上的离子在偏转电场中沿速度v0方向飞行的距离为x，求出x与离子质量m之间的关系式(用E0、B0、E、q、m、L表示),
