《高考物理第一轮总复习课件：选修3-1第8章第3节(1)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理第一轮总复习课件：选修3-1第8章第3节(1)（91页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3节带电粒子在复合场中的运动,一、复合场复合场是指电场、_和重力场并存, 或其中某两场并存, 或分区域存在. 从场的复合形式上一般可分为如下四种情况:,磁场,相邻场; 重叠场; 交替场; 交变场. 二、带电粒子在复合场中的运动分类1. 静止或匀速直线运动,当带电粒子在复合场中所受合外力为零时, 将处于_状态或做_.,静止,匀速直线运动,2. 匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小_, 方向_时, 带电粒子在洛伦兹力的作用下, 在垂直于匀强磁场的平面内做_运动.,相等,相反,匀速圆周,3. 较复杂的曲线运动当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化, 且与初速度方向不在同一条直线上, 粒子做
2、_变速曲线运动, 这时粒子运动轨迹既不是圆弧, 也不是抛物线.,非匀,4. 分阶段运动带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域, 其运动情况随区域发生变化, 其运动过程由几种不同的运动阶段组成.,三、电场磁场分区域应用实例1. 电视显像管电视显像管是应用电子束_ (填“电偏转”或“磁偏转”)的原理来工作的, 使电子束偏转的_ (填“电场”或“磁场”)是由两对偏转线圈产生的.,磁偏转,磁场,显像管工作时, 由_发射电子束, 利用磁场来使电子束偏转, 实现电视技术中的_, 使整个荧光屏都在发光.,阴极,扫描,2. 质谱仪(1)构造: 如图831所示, 由粒子源、_、_和照相底片构成.,图831
3、,加速电场,偏转磁场,(2)原理: 粒子由静止被加速电场加速, 根据动能定理可得关系式_,由以上两式可得出需要研究的物理量, 如粒子轨道半径、粒子质量、比荷. r_ , m_, _.,3. 回旋加速器(1)构造: 如图832所示, D1、D2是半圆金属盒, D形盒的缝隙处接_电源. D形盒处于匀强磁场中.,图832,交流,(2)原理: 交流电的周期和粒子做圆周运动的周期_, 粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙, 两盒间的电势差一次一次地反向, 粒子就会被一次一次地加速.,相等,可见粒子获得的最大动能由_和D形盒_决定, 与加速电压无关. 四、电场磁场同区域并存应用实例1. 速度选择
4、器,磁感应强度B,半径R,如图833所示, 平行板中电场强度E的方向和磁感应强度B的方向互相_. 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. 带电粒子能够匀速沿直线通过速度选择器的条件是:_,垂直,qEqvB,图833,2. 磁流体发电机根据左手定则, 如图834中的B板是发电机的正极. 磁流体发电机两极板间的距离为d, 等离子体速度为v, 磁场磁感应强度为B, 则两极板间能达到的最大电势差U_.,dvB,图834,3. 电磁流量计如图835所示, 圆形导管直径为d, 用_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、
5、b间出现电势差, 形成电场.,非磁性材料,当自由电荷所受的_和_平衡时, a、b间的电势差就保持稳定.,图835,电场力,洛伦兹力,4. 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,磁场方向,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.,图836,电势差,一、带电粒子在不同复合场中的运动1. 磁场力、重力并存(1)若重力和洛伦兹力平衡, 则带电体做匀速直线运动.,(2)若重力和洛伦兹力不平衡, 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
6、场力、磁场力并存(不计重力的微观粒子)(1)若电场力和洛伦兹力平衡, 则带电体做匀速直线运动.,(2)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(1)若三力平衡, 一定做匀速直线运动(2)若重力与电场力平衡, 一定做匀速圆周运动.,(3)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. 4. 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
7、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.,即时应用1. 一个带电粒子穿过某一空间而未发生偏转, 则下列说法中正确的是()A. 此空间一定不存在磁场B. 此空间可能有磁场, 方向与电子的速度方向平行C. 此空间可能有磁场, 方向与电子的速度方向垂直,D. 此空间可能有正交的匀强电场和匀强磁场, 它们的方向均与电子的速度方向垂直解析: 选B D.带电粒子没有受到磁场力的原因有两种情况: 一是没有磁场, 一是磁场的方向与运动
8、方向平行. 如果既有电场又有磁场, 当这两个力的合力为零时带电粒子也不会偏转.,二、“磁偏转”和“电偏转”的比较,即时应用2. (2012北京海淀一模)如图837所示, a、b是一对水平放置的平行金属板, 板间存在着竖直向下的匀强电场. 一个不计重力的带电粒子从两板左侧正中位置以初速度v0沿平行于金属板的方向进入场区,带电粒子进入场区后将向上偏转, 并恰好从a板的右边缘处飞出;,图837,若撤去电场, 在两金属板间加垂直纸面向里的匀强磁场, 则相同的带电粒子从同一位置以相同的速度进入场区后将向下偏转, 并恰好从b板的右边缘处飞出. 现上述的电场和磁场同时存在于两金属板之间, 仍让相同的带电粒子
9、,从同一位置以相同的速度进入场区, 则下面的判断中正确的是()A. 带电粒子将做匀速直线运动B. 带电粒子将偏向a板一方做曲线运动C. 带电粒子将偏向b板一方做曲线运动,D. 无法确定带电粒子做哪种运动,三、解决带电粒子在复合场中运动问题的基本思路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
10、同的运动规律.,(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)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,特别提醒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“恰好”“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.,即时应用3. (2012陕西西工大附中高三检测)狄拉克曾经预言, 自然界应该存在只有一个磁极的磁单极子
11、, 假设地面附近空中有一S极磁单极子, 在竖直平面内的磁感线如图838所示, 一带电微粒正在该磁单极子附近的水平面上做匀速圆周运动,图中表示三个不同的水平面, 则该微粒所在平面可能是图中的(),图838,A. 平面B. 平面C. 平面 D. 平面都可能解析: 选C.由于粒子受到重力作用, 故可知洛伦兹力既要提供做圆周运动的向心力, 同时还要平衡重力作用, 结合图中可知只有C选项中的平面才能同时满足以上两个要求, 故C正确.,(2011高考大纲全国卷)如图839所示, 与水平面成45的平面MN将空间分成和两个区域.,一质量为m、电荷量为q(q0)的粒子以速度v0从平面MN上的P0点水平向右射入区
12、.,图839,粒子在区运动时, 只受到大小不变、方向竖直向下的电场力作用, 电场强度大小为E; 在区运动时, 只受到匀强磁场的作用, 磁感应强度大小为B, 方向垂直于纸面向里. 求粒子首次从区离开时到出发点P0的距离. 粒子的重力可以忽略.,【思路点拨】根据带电粒子在不同区域的运动规律, 画出运动轨迹, 同时把握住带电粒子在两区域过渡点的速度大小、方向是解题的关键.,【解析】带电粒子进入电场后, 在电场力的作用下沿抛物线运动, 其加速度方向竖直向下, 设其大小为a, 由牛顿定律得qEma,图8310,弧 所对的圆心角为2, 则点P1到点P2的距离为s12r1sin,【方法指引】解决带电粒子在组
13、合场运动问题的思路方法:,变式训练如图8311所示, 在矩形ABCD内对角线BD以上的区域存在有平行于AD向下的匀强电场, 对角线BD以下的区域存在有垂直于纸面的匀强磁场(图中未标出), 矩形AD边长为L, AB边长为 L.,一个质量为m、电荷量q的带电粒子(不计重力)以初速度v0从A点沿AB方向进入电场,图8311,在对角线BD的中点P处进入磁场, 并从DC边上的Q点垂直于DC离开磁场, 试求: (1)电场强度的大小; (2)带电粒子经过P点时速度的大小和方向; (3)磁场的磁感应强度的大小和方向.,如图8312所示, 足够长的光滑绝缘斜面与水平面的夹角为(sin0.6), 放在匀强电场和匀
14、强磁场中, 电场强度E50 V/m, 方向水平向左, 磁场方向垂直纸面向外.,一个电荷量为q4102 C, 质量m0.40 kg的光滑小球, 以初速度v020 m/s从斜面底端向上滑,图8312,然后又下滑, 共经过3 s脱离斜面, 求磁场的磁感应强度. (g取10 m/s2)【思路点拨】解此题的关键有两点: (1)带电小球在上滑和下滑两个过程的受力特点. (2)带电小球脱离斜面的原因及条件.,【解析】小球沿斜面向上运动过程中受力分析如图8313所示, 由牛顿第二定律, 得qEcosmgsinma1,图8313,小球在离开斜面前做匀加速直线运动, a210 m/s2运动时间t21 s脱离斜面时
15、的速度va2t210 m/s,图8314,【答案】5 T,【方法引导】带电粒子(体)在叠加场中的运动问题求解要点: (1)受力分析是基础. 在受力分析时是否考虑重力必须注意题目条件.,(2)运动过程分析是关键. 在运动过程分析中应注意物体做直线运动, 曲线运动及圆周运动、类平抛运动的条件. (3)根据不同的运动过程及物理模型选择合适的物理规律列方程求解.,互动探究(1)该题中小球沿斜面上滑的最大距离是多少？(2)若小球带负电, 小球沿斜面上滑的时间是多少？,答案: (1)20 m(2)10 s,(满分样板18分)(2011高考北京理综卷)利用电场和磁场, 可以将比荷不同的离子分开, 这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用.,
