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1、第3讲 带电粒子在复合场中的运动本节目录基础再现对点自测知能演练轻巧夺冠考点探究讲练互动技法提炼思维升华要点透析直击高考基础再现对点自测知识识清单单一、带电带电 粒子在复合场场中的运动动1复合场场与组组合场场(1)复合场场：电场电场 、_、重力场场共存，或其中某两场场共存.(2)组组合场场：电场电场 与磁场场各位于一定的区域内，并不重叠或在同一区域，电场电场 、磁场场_出现现通常从场场形式上一般还还可分为为如下四种情况：相邻场邻场 ；重叠场场；交替场场；交变场变场 磁场场交替2带电带电 粒子在复合场场中的运动动分类类(1)静止或匀速直线线运动动当带电带电 粒子在复合场场中所受合外力_时时，将处
2、处于静止状态态或做匀速直线线运动动(2)匀速圆圆周运动动当带电带电 粒子所受的_与_大小相等、方向相反时时,带电带电 粒子在_的作用下，在垂直于匀强磁场场的平面内做匀速圆圆周运动动重力电场电场 力洛伦兹伦兹 力为为零(3)非匀变变速曲线线运动动当带电带电 粒子所受的合外力的大小和方向均变变化，且与初速度方向不在同一条直线线上时时，粒子做非匀变变速曲线线运动动，这时这时 粒子运动轨动轨 迹既不是圆圆弧，也不是抛物线线(4)分阶阶段运动动带电带电 粒子可能依次通过过几个情况不同的复合场场区域，其运动动情况随区域发发生变变化，其运动过动过 程由几种不同的运动动阶阶段组组成二、带电带电 粒子在复合场场
3、中运动动的实实例分析1速度选择选择 器(如图图甲)垂直 速度2. 磁流体发电发电 机(如图图乙)(1)磁流体发电发电 是一项项新兴兴技术术，它可以把_能直接转转化为为_能(2)根据左手定则则，如图图中的B板是发电发电 机_(3)磁流体发电发电 机两极板间间的距离为为d，等离子体速度为为v，磁场场磁感应应强度为为B，则则两极板间间能达到的最大电势电势 差U_.内电电正极Bdv洛伦兹伦兹 力电势电势 差平衡4霍尔效应应在匀强磁场场中放置一个矩形截面的载载流导导体，当磁场场方向与电电流方向垂直时时，导导体在与磁场场、电电流方向都垂直的方向上出现现了_ 这这个现现象称为为霍尔效应应其原理如图图丁所示丁
4、电势电势 差热热身体验验11.一个电电子穿过过某一空间间而未发发生偏转转,则则( )A此空间间一定不存在磁场场B此空间间一定不存在电场电场C此空间间可能只有匀强磁场场，方向与电电子速度垂直D此空间间可能同时时有电场电场 和磁场场12.某空间间存在水平方向的匀强电场电场 (图图中未画出),带电带电 小球沿如图图所示的直线线斜向下由A点沿直线线向B运动动,此空间间同时时存在由A指向B的匀强磁场场，则则下列说说法正确的是( )A小球一定带带正电电B小球可能做匀速直线线运动动C带电带电 小球一定做匀加速直线线运动动D运动过动过 程中，小球的机械能增大21.(2013济济南模拟拟)如图图所示，a、b是一
5、对对平行金属板，分别别接到直流电电源两极上，右边边有一挡挡板，正中间间开有一小孔d，在较较大空间间范围围内存在着匀强磁场场，磁感应应强度大小为为B，方向垂直纸纸面向里，在a、b两板间还间还 存在着匀强电场电场 E.从两板左侧侧中点c处处射入一束正离子(不计计重力)，这这些正离子都沿直线线运动动到右侧侧，从d孔射出后分成3束则则下列判断错误错误 的是( )A这这三束正离子的速度一定不相同B这这三束正离子的比荷一定不相同Ca、b两板间间的匀强电场电场 方向一定由a指向bD若这这三束离子改为带负电为带负电 而其他条件不变则变则 仍能从d孔射出22.在某次发发射科学实验卫实验卫 星“双星”中，放置了一
6、种磁强计计，用于测测定地磁场场的磁感应应强度原理如图图磁强计计的所示，电电路中有一段金属导导体，它的横截面是宽为宽为 a、高为为b的长长方形，放在沿y轴轴正方向的匀强磁场场中，导导体中通有沿x轴轴正方向、大小为为I的电电流已知金属导导体单单位体积积中的自由电电子数为为n，电电子电电荷量为为e.金属导电过导电过程中，自由电电子做定向移动动可视为视为 匀速运动动测测出金属导导体前后两个侧侧面间间的电势电势 差为为U.则则下列说说法正确的是()热热身体验验答案与解析11.解析：选选D.当空间间只有匀强磁场场，且电电子的运动动方向与磁场场方向垂直时时，受洛伦兹伦兹 力作用，会发发生偏转转，C不正确当空
7、间间既有电场电场 又有磁场场，且两种场场力相互平衡时时，电电子不会发发生偏转转，A、B不正确，D正确12.解析：选选C.由于重力方向竖竖直向下，空间间存在磁场场，且直线线运动动方向斜向下，与磁场场方向相同，故不受磁场场力作用，电场电场 力必水平向右，但电场电场 具体方向未知，故不能判断带带电电小球的电电性，选项选项 A错误错误 ；重力和电场电场 力的合力不为为零，故不是匀速直线线运动动，所以选项选项 B错误错误 ；因为为重力与电场电场 力的合力方向与运动动方向相同，故小球一定做匀加速运动动，选选项项C正确；运动过动过 程中由于电场电场 力做正功，故机械能增大，选项选项 D错误错误 21.解析：
8、选选A.因为为三束正离子在两极板间间都是沿直线线运动动，电场电场 力等于洛伦兹伦兹 力，可以判断三束正离子的速度一定相同，且电场电场 方向一定由a指向b，选项选项 A错误错误 ，C正确；在右侧侧磁场场中三束正离子做圆圆周运动动的半径不同，可知这这三束正离子的比荷一定不相同，选项选项 B正确；若将这这三束离子改为带负电为带负电 ，而其他条件不变变的情况下受力分析可知，三束离子在两板间间仍做匀速直线线运动动，仍能从d孔射出，选项选项 D正确一、电电偏转转和磁偏转转的比较较要点透析直击高考电电偏转转磁偏转转 受力特征F电电qE 恒力F洛qvB 变变力 运动动性质质匀变变速曲线线运动动匀速圆圆周运动动
9、运动轨动轨 迹二、带电带电 粒子在复合场场中运动动的分析和求解1带电带电 粒子在复合场场中无约约束情况下的运动动(1)磁场场力、重力并存若重力和洛伦兹伦兹 力平衡，则带电则带电 体做匀速直线线运动动，用平衡条件求解若重力和洛伦兹伦兹 力不平衡，则带电则带电 体将做复杂杂的曲线线运动动，可利用机械能守恒定律求解(2)电场电场 力、磁场场力并存(不计计重力的微观观粒子)若电场电场 力和洛伦兹伦兹 力平衡，则带电则带电 体做匀速直线线运动动，用平衡条件求解若电场电场 力和洛伦兹伦兹 力不平衡，则带电则带电 体做复杂杂的曲线线运动动，因F洛不做功，可用动动能定理求解问题问题 (3)电场电场 力、磁场场
10、力、重力并存若三力平衡，一定做匀速直线线运动动，用平衡条件求解若重力与电场电场 力平衡，一定做匀速圆圆周运动动，用平衡条件和牛顿顿第二定律求解若合力不为为零且与速度方向不垂直,做复杂杂的曲线线运动动,因F洛不做功，可用能量守恒或动动能定理求解问题问题 2带电带电 粒子在复合场场中有约约束情况下的运动动带电带电 体在复合场场中受轻轻杆、轻绳轻绳 、圆环圆环 、轨轨道等约约束的情况下，常见见的运动动形式有直线线运动动和圆圆周运动动，此时时解题题要通过过受力分析明确变变力、恒力做功情况，并注意洛伦兹伦兹 力不做功的特点，运用动动能定理、能量守恒定律结结合牛顿顿运动动定律求出结结果即时应时应 用2 如
11、图图所示，质质量为为m，带电带电 荷量为为q的微粒以速度v与水平方向成45角进进入匀强电场电场 和匀强磁场场，磁场场方向垂直纸纸面向里如果微粒做匀速直线线运动动，则则下列说说法正确的是( )考点探究讲练互动例例1 1(1)求t0时时刻射入偏转电场转电场 的粒子在磁场边场边 界上的入射点和出射点间间的距离；(2)求粒子进进入磁场时场时 的最大速度的大小；(3)对对于所有进进入磁场场中的粒子，如果要增大粒子在磁场场边边界上的入射点和出射点间间的距离，应该应该 采取哪些措施？试试从理论论上推理说说明【答案】 (1)0.4 m (2)1.1105 m/s (3)见见解析【方法总结总结 】 解决这类问题
12、这类问题 的关键键是：(1)通过计过计 算，确定粒子从一个场场区进进入另一个场场区时时的位置、速度大小和方向(2)画出粒子在每一个场场中的轨轨迹考点2 带电带电 粒子在“复合场场”中的运动动(2013江南十校联联考)如图图所示，在水平地面上方有一范围围足够够大的互相正交的匀强电场电场 和匀强磁场场区域，磁场场的磁感应应强度为为B、垂直纸纸面向里一质质量为为m、带电带电荷量为为q的带带正电电微粒在此区域内沿竖竖直平面(垂直于磁场场方向的平面)做速度大小为为v的匀速圆圆周运动动，重力加速度为为g.例例2 2(1)求此区域内电场电场 强度的大小和方向；(2)若某时时刻微粒在复合场场中运动动到P点时时
13、，速度与水平方向的夹夹角为为60，且已知P点与水平地面间间的距离等于其做圆圆周运动动的半径，求该该微粒运动动到最高点时时与水平地面间间的距离；(3)当带电带电 微粒运动动至最高点时时，将电场电场 强度的大小变为变为 原来的1/2(方向不变变，且不计电场变计电场变 化对对原磁场场的影响)，且带电带电 微粒能落至地面，求带电带电 微粒落至地面时时的速度大小【解析】 (1)由于带电带电 微粒可以在电场电场 、磁场场和重力场场共存的区域内沿竖竖直平面做匀速圆圆周运动动，表明带电带电 微粒所受的电场电场 力和重力大小相等、方向相反，因此电场电场 强度的方向竖竖直向上设电场设电场 强度为为E，则则有mgq
14、E，即Emg/q.【方法总结总结 】 带电带电 粒子在匀强电场电场 、磁场场及重力场场中做圆圆周运动时动时 ，重力与电场电场 力平衡，洛伦兹伦兹 力提供向心力，只受场场力做直线线运动时动时 ，三场场力平衡方法技巧 粒子在交变电场变电场 、磁场场中的运动动【范例】 (18分)如图图甲所示，在地面上方的真空室内，两正对对的平行金属板(两金属板足够长够长 ，图图中只画出了一部分)水平放置，在两极之间间有一匀强电场电场 ，场场强按如图图乙所示规规律变变化(沿y轴轴正方向为为正方向)在两板正中间间有一圆圆形匀强磁场场区域,磁感应应强度按图图丙所示规规律变变化.如果建立如图图甲所示的坐标标系,在t0时时刻
15、有一质质量m9.0109 kg、电电荷量q9.0106 C的带带正电电的小球(可视为质视为质 点)，以v010 m/s的初速度沿y轴轴正方向从O点射入，重力加速度取g10 m/s2.技法提炼思维升华(1)分析小球在磁场场中的运动动，画出运动动示意图图，并确定小球在匀强磁场场中的运动时间动时间 及离开时时的位置坐标标.(2)分析小球离开磁场场后做什么运动动？确定其到达x轴时轴时的位置坐标标.寻规寻规 探法 批注：分别计别计 算电场电场 力、重力的大小，并确定在电场电场 的前半个周期内电场电场 力的方向，判定二力是否平衡； 批注：若电场电场 力与重力平衡，小球在洛伦兹伦兹 力作用下， 做圆圆周运动
16、动，由于B大小不同，则圆则圆 半径、周期都不同， 注意找圆圆周运动动周期与B变变化周期的关系，B变变化周期与E 变变化周期的关系；弄清小球在磁场场区域中的运动动情景，并 画出运动轨动轨 迹； 批注：在磁场场中的运动时间动时间 与圆圆周运动动周期相关，离开 的位置与圆圆周运动动的半径相关； 批注：根据离开磁场场后小球的受力情况,判断运动动性质质； 批注：位置坐标标根据运动动求解 关键键点是采取程序法弄清小球运动动与交变电场变电场 、磁场场周期 的关系【答案】 见见答题题模板【方法提炼炼】 解决带电带电 粒子在交变电场变电场 、磁场场中的运动问题时动问题时 ，关键键要明确粒子在不同时间时间 段内、不同区域内的受力特性，对对粒子的运动动情景、运动动性质质做出判
