《2012高考物理一轮复习精品资料9.3带电粒子在复合场中的运动(同步课件)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2012高考物理一轮复习精品资料9.3带电粒子在复合场中的运动(同步课件)（67页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第3讲 带电粒子在复合场中的运动,一、复合场1定义：复合场是指 、 、 并存，或其中某两种场并存，或分区域存在2三种场的比较,电场,磁场,重力场,mg,竖直向下,无关,重力势能,qE,相同,相反,无关,电势能,动能,qvBsin,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,静止,匀速直线运动,洛伦兹力,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
2、动特征，尤其是洛伦兹力会随粒子运动状态的改变而变化,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，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831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(2)带电粒子能够匀速沿直线 通过速度选择器的条件是 ，即v .,垂直,qEqvB,图 831,2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832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(2)工
3、作原理 电场加速qUEk. 磁场约束偏转 r. 加速条件：高频电源的周期与带电粒子在D形盒中运动 的周期 ，即T电场T回旋 .,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 直接转 化为 (2)根据左手定则，如图833 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 到的最大电势差U .,物体的内能,电能,正极,Bvd,图833,4电磁流量计 工作原理：如图834所示，圆形导管直径为d，用非 磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中 的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力的作用下横向偏 转，a、b间出现电势差
4、，形成电场 当自由电荷所受的 和 平衡时，a、b间的电势差就保持稳定， 即：qvBqE ，所以v ， 因此液 体流量,电场力,洛伦兹力,5质谱仪(1)用途：质谱仪是一种测量带电粒子质量和分离 的 仪器(2)原理：如图835所示，离子源A产生质量为m、电荷 量为q的正离子(所受重力不计)离子出来时速度很小(可 忽略不计)，经过电压为U的电场加速后进入磁感应强度 为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期到达记 录它的照相底片D上，测得它在D上的位置到入口处的距 离为L，则 联立求解得m,同位素,因此，只要知道q、B、L与U，就可计算出带电粒子的质量m.又因mL2，不同质量的同位素从不同处可得到
5、分离，故质谱仪又是分离同位素的重要仪器,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 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836所示,磁场方向,电势差,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,如图833所示，在xOy平面的第一象限有一匀强电场，电场的方向平行于
6、y轴向下；在x轴和第四象限的射线OC之间有一匀强磁场，磁感应强度的大小为B，方向垂直于纸面向外有一质量为m、带电荷量为q的质点由电场左侧平行于x轴射入电场质点到达x轴上A点时，速度方向与x轴的夹角为，A点与原点O的距离为d，接着，质点进入磁场，并垂直于OC飞离磁场不计重力影响若OC与x轴的夹角为，求：(1)粒子在磁场中运动速度的大小；(2)匀强电场的场强大小,图833,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.,听课记录(1)质点在磁场中的运动轨迹为一圆弧由于质点飞离磁场时，速度垂直于OC，故圆弧的圆心在OC上依题意，质点轨迹与x轴的交点为
7、A，过A点作与A点的速度方向垂直的直线，与OC交于O.如图所示，由几何关系知，AO垂直于OC，O是圆弧的圆心,设圆弧的半径为r，则有rdsin 由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得qvBm 将式代入式，得v sin (2)质点在电场中的运动为类平抛运动设质点射入电场的速度为v0，在电场中的加速度为a，运动时间为t，则有,v0vcos vsinat dv0t 联立得a 设电场强度的大小为E，由牛顿第二定律得qEma 联立得E,答案(1) (2),名师归纳处理这类带电粒子在分区域的电场、磁场中的运动问题，首先应分区域单独研究带电粒子在匀强电场中做 ，在匀强磁场中做 ，然后找出在两种场的分界线上的两种运动
8、的联系即可解决问题其中，运动的合成与分解和几何关系的运用是解题的关键.,类平抛运动,匀速圆周运动,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正确进行受力分析，除重力、弹力、摩擦力外要特别注 意电场力和磁场力的分析3确定带电粒子的运动状态，注意运动过程分析和受力分 析的结合4对于粒子连续通过几个不同的复合场的问题，要分阶段 进行处理5画出粒子运动轨迹，根据条件灵活选择不同的运动学规 律进行求解,(1)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(2)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(3
9、)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(4)对于临界问题，注意挖掘隐含条件,(1)电子、质子、粒子等微观粒子在复合场中运动时一般不 计重力，带电小球、尘埃、液滴等带电颗粒一般要考虑重 力的作用(2)注意重力、电场力做功与路径无关，洛伦兹力始终和运 动方向垂直、永不做功的特点,(16分)如图838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的正电荷，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，方向为垂直于纸面向里，小球与棒间的动摩
10、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),如图838,从小球下落过程中受力情况分析入手，确定在运动过程中各个力的变化规律，从而分析物体的运动规律，找出速度最大时的位置特点和受力特点,满分指导带电小球沿绝缘棒下滑过程中，受竖直向下的重力，竖直向上的摩擦力，水平方向的弹力和洛伦兹力及电场力作用当小球静止时，弹力等于电场力，小球在竖直方向所受摩擦力最小，小球加速度最大小球运动过程中，弹力等于电场力与洛伦兹力之和，随着小球运动速度的增大，小球所受洛伦兹力增大，小球在竖直方向的摩擦力也随之增大，小球加速度减小，速度增大，当
11、小球的加速度为零时，速度达最大,小球刚开始下落时，加速度最大，设为am，这时竖直方向有：mgFfmam (2分)在水平方向上有：qEFN0 (2分)又FfFN (2分)由解得am代入数据得am2 m/s2. (2分)小球沿棒竖直下滑，当速度最大时，加速度a0在竖直方向上有：mgFf0 (2分),在水平方向上有：qvmBqEFN0 (2分)又FfFN (2分)由解得vm代入数据得vm5 m/s. (2分),答案2 m/s25 m/s,名师归纳(1)带电粒子在复合场中做变速直线运动时，所受洛伦兹力的大小不断变化，而洛伦兹力的变化往往引起其他力的变化，从而导致加速度不断变化 (2)带电粒子在复合场中运动时，必须注意重力、电场力对带电粒子的运动产生的影响，带电粒子的运动状态的变化又会对洛伦兹力产生影响,
