《2013届高考物理第一轮考点总复习课件56》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2013届高考物理第一轮考点总复习课件56（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、磁场带电粒子在复合场 中的运动第九章1l带电粒子在复合场中的运动l(1)这里所说的复合场是指电场、磁场、重力场并存. 或其中某两种场并存的场，带电粒子在这些复合场中 运动时.必须同时考虑电场力、洛伦兹力和重力的作用 或其中某两种力的作用.因此对粒子的运动形式的分析 就显得极为重要.l(2)当带电粒子在复合场中所受的合外力为零时，粒子 将做 或 .匀速直线运动静止2l(3)当带电粒子所受的合外力与运动方向在同一 条直线上时，粒子将做 运动.l(4)当带电粒子所受的合外力充当向心力时.粒子 将做 运动.l(5)当带电粒子所受的合外力的大小、方向均不 断变化时，则粒子将做 运动，这类问题 一般只能用
2、能量关系处理.变速直线匀速圆周变加速3l 在竖直向下的匀强电场和 水平方向的匀强磁场垂直相 交的区域里，一带电粒子从 a点由静止开始沿曲线ab运 动到c点时，速度又变为零 ，b点是运动中能够到达的 最高点，如图9-4-1所示.图941带电粒子在电场和磁场中的运动4l若不计重力，下列说法中错误的是( )lA.粒子肯定带负电，磁场方向垂直于纸面向里lB.a、c点处在同一条水平线上lC.粒子通过b点时速率最大lD.粒子到达c点后将沿原路径返回到a点5l 粒子从a点由静止运动到b点，说明它受 到的电场力向上，说明粒子带负电，磁场方 向垂直向里，A正确.洛伦兹力不做功，粒子 到达c时，电势能应与在a时相
3、等，所以a、c 处在同一水平线上，B正确.粒子在b点时，电 场力做功最大，所以速度也最大，故C正确. 粒子到达c点后，会再重复原来的运动形式， 但不会原路返回，故D错误.本题的正确答案 是D.l 电场力对粒子做功，洛伦兹力对粒子不 做功.6l变式训练1：如图9-4-2所示，在xOy坐标系所 在的空间中，可能存在匀强电场或匀强磁场， 也可能两者都存在或都不存在.但如果两者都 存在，已知磁场平行于xy平面.现有一质量为m 带正电荷q的点电荷沿z轴正方向射入此空间中 ，发现它做速度为v0的匀速直线运动.7l若不计重力，试写出电场和磁场的分布有 哪几种可能性.要求对每一种可能性都要说 出其中电场强度、
4、磁感应强度的方向和大 小，以及它们之间可能存在的关系.不要求 推导或说明理由.图9428解析：粒子从a点由静止运动到b点，说明它受到的电场力向上，说明粒子带负电， 磁场方向垂直向里，A正确洛伦兹力不做 功，粒子到达c时，电势能应与在a时相等， 所以a、c处在同一水平线上，B正确粒子在 b点时，电场力做功最大，所以速度也最大， 故C正确粒子到达c点后，会再重复原来的 运动形式，但不会原路返回，故D错误本 题的正确答案是D.9l 带电微粒在电场力、洛伦兹力和重力作 用下的运动如图943所示，在与 水平面成30角斜向下的匀 强电场E和沿水平方向垂直 纸面向里的匀强磁场B的空 间中，有一个质量为m的带
5、 电体竖直向下做匀速直线运 动，则此带电体带 电，电 荷量为 ，运动速度为 .图94310l 粒子向下做匀速直线运动，说明粒子所 受电场力、洛伦兹力、重力三力平衡，洛 伦兹力向左，带负电，qEsin30=mg，所 以q= ，l由 =tan30l得 = .l 粒子在重力场、电场和磁场中做直 线运动，且运动方向垂直于磁场方向，那 么一定做的是匀速直线运动.11l变式训练2：如图9-4-4所示，某空间存在正交的 匀强磁场和匀强电场，电场方向水平向右，磁场 方向垂直纸面向里，一带电微粒由a点进入电磁场 并刚好能沿ab直线向上运动，下列说法正确的是()图944A.微粒一定带正电B.微粒动能一定减小C.微
6、粒的电势能一定 增加D.微粒的机械能一定 增加12解析：带电微粒做直线运动，如果粒子带正电，它受合外力不为零，粒子的速度大小会 改变，导致洛伦兹力改变，粒子不能继续做直 线运动，所以粒子带负电，受平衡力作用，做 匀速直线运动，A、B错误；微粒带负电，则 电势能是减少的，C错；微粒的动能不变，重 力势能增加，所以机械能增加，D正确 13l 带电粒子先后在两个磁场中运动 l 如图9-4-5所示，在坐标系xOy平面的第象限 内存在垂直纸面向外的匀强磁场B1，在第象限 内存在垂直纸面向里的另一个匀强磁场B2，在x 轴上有一点Q(23a,0)、在y轴上有一点P(0,a).现 有一质量为m，电荷量为+q的
7、带电粒子(不计重力 )，从P点处垂直y轴以速度v0射入匀强磁场B1中， 并以与x轴正方向成60角的方向进入x轴下方的 匀强磁场B2中，在B2中偏转后刚好打在Q点.14l求：l(1)匀强磁场的磁感应强度B1、B2的大小；l(2)粒子从P点运动到Q点所用的时间.图94515l (1)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周 运动，其轨迹如图所示.16l 设粒子在匀强磁场B1中的偏转半径r1l则r1=r1cos60+a即r1=2al由B1qv0=m 得B1= l设粒子在匀强磁场B2中的偏转半径r2l2r2sin60=2 a-r1sin60,r2=al由B2qv0=m 得B2= l(2)t=t1+t2= T1+
8、 T2=l 带电粒子先后在两个磁场中运动，确定粒子 的轨道半径和圆心，是解题的关键.注意粒子在两 磁场区的交界处，轨道是相切的.17l变式训练3：如图9-4-6所示，在y0的空 间中存在匀强电场，场强沿y轴负方向；在 y0的空间中，存在匀强磁场，磁场方向 垂直xy平面(纸面)向外.一电荷量为q、质量 为m的带正电的运动粒子，经过y轴上y=h 处的点P1时速率为v0，方向沿x轴正方向； 然后，经过x轴上x2h处的P2点进入磁场 ，并经过y轴上y-2h处的P3点.不计重力.18l求:(1)电场强度的大小.l(2)粒子到达P2时速度l的大小和方向.l(3)磁感应强度的大小.图94619l 带电质点有
9、轨道约束情况下的运动l如图9-4-7所示，足够长的绝缘光滑斜面与水 平面间的夹角为(sin=0.6)，放在水平方向 的匀强磁场和匀强电场中，电场强度 E=50V/m，方向水平向左，磁场方向垂直于 纸面向外.一个带电量q=+4.010-2C，质量 m=0.40kg的光滑小球，以初速度v0=20m/s 从斜面底端冲上斜面，经过3s离开斜面，求 磁场的磁感应强度.(取g=10m/s2)20图947 21l 由于小球受到的磁场力必定与它的运动速度 方向垂直，由一开始小球在斜面上运动而3秒 后离开斜面，则可以判定小球初始时受的磁场 力的方向为垂直于斜面向下，当然，也可以由 左手定则直接判断，也就是说，题
10、中如果不给 出小球带的电荷类型，也可以判断出来.小球 沿斜面向下的加速度由电场力和重力唯一决定 ，做匀变速直线运动，22l即mgsin+Eqcos=ma，解得a=10m/s2l又由v3=v0+at,l经过3秒小球的速度为v3=20m/s-103m/s =- 10m/s,l方向为沿斜面向下，这时，小球受的磁场力为沿 与斜面垂直方向向上，大小为F1=qv3B，小球刚好 离开斜面意味着此时小球刚好受斜面的弹力为0.23l于是由沿斜面垂直方向上的受力平衡，不难得 出Bqv3+Eqsin=mgcos，解得B=5T.l 注意离开斜面问题.本题由于斜面光滑 ，因而物体的速度不受洛伦兹力的影响.24变变式训练
11、训练 4：如图图948 所示，套在很长长的绝绝 缘缘直棒上的小球，其质质量为为m，带电带电 量是+q，小 球可在棒上滑动动，将此棒竖竖直放在互相垂直，且 沿水平方向的匀强电场电场 和匀强磁场场中，电场电场 强 度是E，磁感应应强度是B，小球与棒的动动摩擦因 数为为，求小球由静止沿棒下落的最大加速度和 最大速度(设设小球带电带电 量不变变)图94825解析：此类问题属于涉及加速度的力学问题，必定得用牛顿第二定律解决，小球的受力情况如 图所示由于N=Eq+Bqv，所以F合=mg-N=mg- (Eq+Bqv)可见随着v增大，F合减小，由牛顿第二定律知，小球做加速度越来越小的加速运动直 到最后做匀速运
12、动2627l 现代五项电磁技术的应用l一、速度选择器94928l1.原理l如图9-4-9所示，由于所受重力可忽略不计，运 动方向相同而速率不同的正粒子组成的粒子束射 入相互正交的匀强电场和匀强磁场所组成的场区 中，已知电场强度大小为E，方向向下，磁感应 强度大小为B，方向垂直纸面向里，若粒子运动 轨迹不发生偏转(重力不计)，必须满足平衡条件 ：qBv=qE，故 ，这样就把满足 的 粒子从速度选择器中选择出来了.29l2.特点l(1)速度选择器只是选择速度(大小、方向)而 不选择粒子的质量和电量，若从右侧入射则 不能穿出场区.l (2)速度选择器B、E、v三个物理量的大小、 方向互相约束，以保证
13、粒子受到的电场力和 洛伦兹力等大、反向.如图中只改变磁场B方 向，粒子将向下偏转.30l(3)当v 时，则qBvqE，粒子向上偏转;l当v 时，则qBvqE，粒子向下偏转.31l二、质谱仪l质谱仪是一种测量带电粒子质量和分离同 位素的仪器.如图9-4-10所示，离子源S产 生质量为m，带电量为q的正离子(所受重力 不计).图941032l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，经过半个周期到达照相底片P上， 测得它在P上的位置到入口处的距离为L，l则：qU= mv2-0 qBv= L=2rl联立求解得：m=qB2L2/8U.l
14、因此，只要知道q、B、L与U，就可以计算出带电 粒子的质量m，又因m与L2成正比，不同质量的同 位素可从离入口的不同处分离出来，故质谱仪又 是分离同位素的重要仪器.33l三、回旋加速器l如图9-4-11所示，回旋加速 器的核心部分是两个D形的 金属盒，两盒之间留下一条 窄缝，在中心附近放有粒子 源，D形盒在真空容器中， 整个装置放在大磁铁产生的 匀强磁场中，并把两个D形 盒分别接在高频电源的两极 上， 图941134l其工作原理是：l1.电场加速：qU=Ekl2.磁场约束偏转：qBv= ,r= vl3.加速条件：高频电源的周期与带电粒子在D形 盒中运动的周期相同，即T电场=T回旋=2m/qB.
15、35l四、磁流体发电机l如图9-4-12所示是磁流体发电机，其原理：等离 子气体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下 发生上下偏转而聚集到A、B板上，产生电势差 ，设A、B平行金属板的面积为S，相距为l，喷入 气体速度为v，板间磁场的磁感应强度为B，板外 电阻为R，当等离子气体匀速通过A、B板间时， A、B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大， 即为电源电动势，此时离子受力平衡：E场q=Bqv ，即E场=Bv故电源电动势：E=E场l=Blv36图941237l五、电磁流量计l电磁流量计原理可解释为：如图9-4-13所 示，一圆形导管直径为d，用非磁材料制成 ，其中可以导电的液体向左流动，导电流 体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作 用下横向偏转，a、b间出现电势差，当自 由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、 b间的电势差就保持稳定.38l由Bqv=Eq= q，可得v= l流量:Q=Sv=图941339
