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1、 广州出版社 2015年五羊高考 高考总复习物理 (课件 ) 2015年五羊高考物理复习 第 4课时 带电粒子在复合场中的运动 课前自主解读 某空间同时存在电场、磁场及重力场等，我们称该区域为复合场。 讨论电子、质子、离子等微观粒子在复合场中的受力时，若没有特殊说明则不计其重力；讨论带电小球、尘埃、油滴、液滴、通草球等颗粒在复合场中受力时，若没有特殊说明则须计其重力。若有具体数据，往往通过计算、比较来确定是否考虑其重力。 （ 1）直线运动条件 若带电粒子所受合外力为零，则粒子做匀速直线运动；若合外力与速度方向相同则做加速直线运动、若合外力与速度方向相反则做减速直线运动； 课前自主解读 （ 2）
2、两种典例： 粒子运动方向与磁场方向共线情景：带电粒子在磁场中不受磁场力作用，粒子可能做匀速直线运动，可能做变速直线运动（可能沿运动方向受到其它力）； 粒子运动方向与磁场方向不共线情景：自由的带电粒子（无轨道约束）在匀强电场、匀强磁场和重力场中，若做直线运动则一定是匀速直线运动。这是因为电场力和重力都是恒力。若它们的合力不能与洛仑兹力平衡，则带电粒子速度的大小和方向将会改变，粒子就不可能做直线运动。 （ 1）带电粒子在复合场中的匀速圆周运动 当带电粒子进入匀强电场、匀强磁场和重力场共存的复合场中， 电场力和重力相平衡，粒子运动方向与匀强磁场方向相垂直时，带电粒子在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动。
3、（ 2）当带电粒子所受合外力变化且与粒子速度不在一条直线上时，带电粒子做非匀变速曲线运动。 （ 1）质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。 （ 2）质谱仪的原理： 若容器 们经过电势差为 直进入磁感应强度为 们进入磁场后将沿不同的半径做圆周运动，打 到照相底片的不同地方，在底片上形成若干谱线 状的细线，叫做质谱线。每一条谱线对应于一定 的质量的粒子。从谱线的位置可以知道圆周的半 径 r，如果再已知带电粒子的电荷量 q，就可以算 出它的质量，所以这种仪器叫做质谱仪，如图所示 课前自主解读 课前自主解读 (1)回旋加速器是产生大量高能量带电粒子的实验设备。 （ 2）构造：两个 子源，
4、大的电磁铁，高频电源，引出装置。 （ 3）原理：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其周期 跟运动速率和轨道半径无关 ,对一定的带电粒子和确定的磁感应强度来说这个周期是恒定的。因此，尽管回旋加速器中粒子的速率和半径逐次增大，运动周期却始终不变 #这样，如果在两个 它也以相同的周期往复变化，那就可以保证粒子每经过两 课堂主题互动 场 中洛 仑兹 力特点的理解 兹 力 与 速度 选择 器 兹 力 与 回旋加速器 在 复 合 场 中 动 力 学过 程的分析 主题一、 对复合场中洛仑兹力特点的理解 例题 1 (2011,“五羊高考”原创 )如图所示，匀强电场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里一带电粒子
5、水平向右做直线运动不计粒子重力，则可判断 ( ) A该粒子一定带正电 B该粒子可能做匀速直线运动 C该粒子可能做加速直线运动 D该粒子只能做匀速直线运动 D 变式 1 (2010，广东肇庆 )如图所示，水平放置的平行金属板 a、 板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，若一个带正电的液滴在两板间做直线运动，其运动方向是 ( ) A沿竖直方向向下 B沿竖直方向向上 C沿水平方向向左 D沿水平方向向右 主题一、 对复合场中洛仑兹力特点的理解 D 主题二、 洛仑兹力与速度选择器 例题 2 图中为一 “滤速器 ”装置示意图 a、 束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔 a、 了选取具有某种 特定速率的电子，
6、可在 a、 压，并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁 场，为使所选电子仍能够沿水平直线 动，由 O射出不计粒子重力作用可能达到上述目的的办法是 ( ) A使 场方向垂直纸面向里 B使 场方向垂直纸面向里 C使 场方向垂直纸面向外 D使 场方向垂直纸面向外 式 2 如图所示，有一束带电粒子沿正交匀强电场和匀强磁场的中心线射入速度选择器，某粒子恰好沿直线 在屏 点则 ( ) A粒子一定是正电荷 B粒子可能是正电荷，也可 能是负电荷 C若增大粒子入射速度，则 粒子运动中动能一定增大 D若增大粒子入射速度，则粒子运动中动能一定减 小 主题二、 洛仑兹力与速度选择器 题三、 洛仑兹力与回旋加速器 例题 3 回
7、旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个 盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两 图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是 ( ) A增大狭缝间加速电压 B增大磁场的磁感应强度 C增大狭缝间的距离 D增大 式 3 1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质 1、 间留有空隙，则 ( ) A回旋加速器只能用来加速正离子 B离子从 C离子在磁场中运动周期逐渐变小 D离子在磁场中运动周期不变，且等于 交变电压周期的一半 主题三、 洛仑兹力与回旋加速器 B 例题 4 将倾角为 的光滑
8、绝缘斜面放置在一个足够大的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里、磁感应强度为 B，一个质量为 m、带电量为 设斜面足够长 )，如图所示，滑到某一位置开始离开斜面则 (1)物体带电性质如何？ (2)物体离开斜面时的速度为多大？ (3)物体在斜面上滑行的距离为多少？ 主题四、 带电体在复合场中动力学过程的分析 主题四、 带电体在复合场中动力学过程的分析 例题 4 解 析 (1)随着小物块加速下滑，速度增大，洛仑兹力也增大为使物块能离开斜面，洛仑兹力的方向应沿垂直斜面向上，根据左手定则可知物块带负电 (2)分析物块沿垂直斜面方向的受力，设物块开始离开 斜面时速度为 (3)设物块沿斜面下滑最大距离为 L，
9、据机械能守恒定律： ，得 . 变式 4 如图 (甲 )所示为一个质量为 m、带电荷量为 在水平放置的足够长的粗糙 细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为 给圆环向右初速 度 以后的运动过程中，圆环运 动的速度图象可能是图乙中的 ( ) 图（甲） 主题四、 带电体在复合场中动力学过程的分析 例 如图所示，一个质量为 m、电量为 电压为 入与其运动方向一致的磁感应强度为 为 不导电，宽度很窄，厚度不计，不计粒子重力 ) (1)求质子进入磁场时的速 度 (2)若质子进入磁场后与每 块塑料板碰撞后均没有能量损失，求质子穿过磁场区域所需的时间 t. 评卷现场观摩 评卷现场观摩 卷例 【诊断】出现以上错误是没有
10、理解公式 f 有当粒子速度方向垂直磁场时才有 f 粒子速度方向与磁场方向平行时，所受到的洛仑兹力为零 (1)加速电场中，由 ，得 (2) 质子在水平方向总是做匀速直线运动；质子在水平方向总位移为 s 质子在水平方向运动总时间 每次弹射后在竖直方向做匀速圆周运动 由 ，得 圆周运动周期 ，得 粒子在磁场中做圆周运动总时间为 t 课 外演 练 1 如图 4 1所示 ， 铜质导电板置于匀强磁场中 ， 通电时铜板中电流方向向上 由于磁场的作用 ， 则 ( ) A 板左侧聚集较多电子 ， 使 B 板左侧聚集较多电子 ， 使 C 板右侧聚集较多电子 ， 使 D 板右侧聚集较多电子 ， 使 2所示 ， 一电
11、子束垂直于电场线与磁感线方向入射后偏向 为了使电子束沿射入方向做直线运动 ， 可采用的方法是 ( ) A 将变阻器滑动头 B 将变阻器滑动头 C 将极板间距离适当减小 D 将极板间距离适当增大 A D 课 外演 练 3 如图 4 3所示 ， 一个带负电的物体从粗糙斜面顶端滑到斜面底端时的速度为 v， 若加上一个垂直纸面向外的磁场 ， 则滑到底端时 ( ) A B C D 不能确定 4 如图 4 4所示 ， 两平行金属板间距为 d， 两板间充满磁感应强度为 磁场方向如图所示 等离子体以速度 间 现闭合开关 ， 则 ( ) A 上板电势较高 B 通过灯泡电流自下向上 C 通过灯泡电流自上向下 D
12、两板间电势差为 B 课外演练 5 如图 4 5所示 ， 匀强磁场方向垂直纸面向里 ， 物块甲带正电 ，乙不带电 在拉力 乙一起沿粗糙水平面做匀加速直线运动 则 ( ) A 甲受到的摩擦力逐渐增大 B 甲受到的摩擦力逐渐减小 C 甲受到的摩擦力保持不变 D 拉力 6 由中国提供永 磁体的阿尔法磁谱仪的原理如图 4 6 所示 ， 其主要使命是探索宇宙中的反物质 ， 所谓反物质 ， 即 质量与正粒子相等 ， 带电量与正粒子相等但符号相 反 假设使一束质子 、 反质子 、 粒子 、 反粒子 组成的射线通过 入匀强磁场 迹 ， 则 ( ) A 1和 2是反粒子径迹 B 3和 4是反粒子径迹 C 2为反质子径迹 D 4为 粒子径迹 C 外演练 7 某电子以固定的正电荷为圆心在匀强磁场中做匀速圆周运动 ，磁场方向垂直于它的运动平面 ， 电子所受电场力恰好是磁场对它作用力的 3倍 若电子电量为 e， 质量为 m， 磁感应强度为 电子运动的角速度可能是 ( ) 7所示 ， 它由两个铜 质 1、 其间留
