《2011年高考物理一轮复习极品课件11-专题3带电粒子在复合场中的运动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2011年高考物理一轮复习极品课件11-专题3带电粒子在复合场中的运动（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题三 带电粒子在复合场中的运动,知识自主梳理,一、带电粒子在电场和磁场依次作用下的运动 1带电粒子经过电场加速，再进入匀强磁场，运动特点是：先做 运动，再做 运动,匀加速,匀速圆周,二、带电粒子在复合场中的运动 1复合场是指 、 、重力场在同一空间内并存，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，必须同时考虑几种不同性质力的作用,电场,磁场,2.三种场力的特点,3常见的运动情况(1)当带电粒子在复合场中所受的合外力为零时，粒子将做 运动或 (2)当带电粒子所受的合外力充当向心力时，粒子将做 运动(如：电场力与重力平衡，洛伦兹力提供向心力)(3)当带电粒子所受的合外力大小、方向均不断
2、变化时，则粒子将做 运动,匀速直线,静止,匀速圆周,变加速,重点辨析 (1)带电粒子若在重力、电场力(为恒力时)及洛伦兹力共同作用下做直线运动，则为匀速直线运动，三力合力为零 (2)带电粒子是否考虑重力作用，应视题目而定，对于基本粒子一般不考虑重力，而对于带电微粒、带电尘埃、带电小球、带电液滴，通常要考虑重力,方法规律归纳,一、带电粒子在电场、磁场中的运动比较 1在匀强电场、匀强磁场中可能的运动性质,2磁偏转和电偏转的比较(垂直场线入射),3思路方法图,特别提醒 (1)有一类复合场由不同区域组合而成，每个区域是单一的磁场或电场，处理此类问题与前面所研究的在单一的磁场或电场中处理方法一致，但特别
3、要做好粒子从一个区域场进入另一区域场的临界状态的分析另外要注意带电粒子在电场中的“电偏转”与磁场中的“磁偏转”，无论是受力特征、运动规律还是偏转情况均不同,(2)另一类复合场是由电场、重力场和磁场组成的在处理带电粒子或带电物体在电、磁场中的动态问题时，要正确进行物体的运动状态分析，找出物体的速度、位置及其变化，分清运动过程，注意正确分析其受力，此乃求解关键,二、复合场问题解题方法 1复合场中的受力分析复合场中分析问题的方法和力学问题的分析方法基本相同，只是多了洛伦兹力和电场力，这两个力中，电场力是恒力，而洛伦兹力是变力，若二力平衡(不计重力)，则粒子做匀速直线运动；若二力不平衡，则粒子做变速曲
4、线运动，解决复杂曲线运动问题时，必须用动能定理或能量关系处理，要抓住场力做功和能量变化的特点，而洛伦兹力永不做功,2.复合场类题目的特点 带电粒子在复合场中运动的问题，往往综合性较强，物理过程较复杂在分析处理该部分的问题时，要充分挖掘题目的隐含信息(恰好、最大、最高、至少等)，利用题目创设的情境，引导学生对粒子做好受力分析、运动过程分析，培养学生的空间想像能力、分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力,3解决复合场类问题的基本思路 (1)全面、正确的受力分析除重力、弹力、摩擦力外，要特别注意电场力和磁场力的分析核心在于洛伦兹力随带电粒子运动状态的变化而改变(2)正确分析物体的运动状态找出物
5、体的速度、位置及其变化特点，分析运动过程，洛伦兹力随带电粒子运动状态的变化而改变，从而导致运动状态发生新的变化要结合动力学规律综合分析，如果出现临界状态，注意“恰好、最大、最少、至多”等关键字眼，挖掘隐含条件，分析临界条件，列出辅助方程,(3)恰当、灵活地运用动力学三大方法解决问题牛顿运动定律与运动学公式(只适用于匀变速运动)用动量观点分析，包括动量定理与动量守恒定律用能量观点分析，包括动能定理和机械能(或能量)守恒定律针对不同的问题灵活地选用，但必须弄清各种规律的成立条件与适用范围,注意三种力的做功特点重力做功与路径无关，由初、末位置的高度差决定；电场力做功与路径无关，由初、末位置的电势差决
6、定；洛伦兹力始终不做功另外注意，对单个物体讨论时宜用两大定理；涉及时间关系优先考虑动量定理；涉及位移优先考虑动能定理；对多个物体组成的系统则优先考虑两大守恒定律；涉及运动的动态分析，则运用牛顿第二定律和运动学公式相结合.,一、是否考虑重力的三种情况1.对于微观粒子，如电子、质子、离子等一般不作特殊交代就可以不计重力，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，如带电小球、微粒、液滴、金属块不作特殊说明时就应当考虑其重力,2.在题目中有明确交待是否要考虑重力的，这种情况比较正规，也比较简单3.直接看不出是否要考虑重力的，要根据物理情景在进行受力分析与运动分析前，先
7、进行定性分析确定是否要考虑重力,二、带电粒子在复合场中运动的实际应用 1电场力和洛伦兹力平衡的类型(1)速度选择器(图1)带电粒子束射入正交的匀强电场和匀强磁场组成的区域中，满足平衡条件qEqvB的带电粒子可以沿直线通过速度选择器,请在掌握的“规律方法”后打“” 1有洛伦兹力和其他恒力(如重力、电场力等)参与的直线运动必为匀速直线运动 ( ) 2有洛伦兹力和其他恒力(如重力、电场力等)参与的圆周运动是匀速率的，洛伦兹力提供向心力，其他恒力的合力为零 ( ) 3涉及洛伦兹力的曲线运动时，常选用能量的观点分析，且要抓住洛伦兹力不做功的特点 ( ) 4速度选择器、磁流体发电机、霍尔效应中当粒子稳定运
8、行时，洛伦兹力与电场力平衡 ( ),请在走过的“思维误区”后打“！” 1对是否考虑重力的问题缺少慎重分析 ( ) 2洛伦兹力方向的判断经常出错 ( ) 3易忽略洛伦兹力随着速度的变化而变化；易由一个状态的受力情况习惯性地理解为全程的受力情况 ( ) 4不能根据题意中粒子在复合场中运动的情景，并画好过程示意图 ( ) 5粒子在电场和磁场作用下的运动具有周期性和多样性，易造成漏解 ( ),真题典例探究,题型1 带电粒子在复合场中的平衡问题 【例1】 设在地面上方的真空室内存在匀强电场和匀强磁场已知电场强度和磁感应强度的方向是相同的，电场强度的大小E4.0 V/m，磁感应强度的大小B0.15 T今有
9、一个带负电的质点以v20 m/s的速度在此区域内沿垂直场强方向做匀速直线运动，求此带电质点的电荷量与质量之比q/m以及磁场的所有可能方向(角度可用反三角函数表示),【解析】 (1)质点受哪些力作用？这些力的方向如何？ 答受竖直向下的重力和电场力、磁场力，电场力与磁场力垂直，二者的合力与重力等大反向 (2)画出质点受力示意图 答如下图所示,【方法归纳】 带电体在重力、电场力及洛伦兹力作用下处于平衡状态时，三力之和为零分析时重点弄清楚电场力、磁场力的方向，可以由力确定场的方向，也可以根据场的方向确定力的方向，只要能画出受力分析图，事实上就变为一个力学问题了，所以分析这类问题时要做出物体的受力分析图
10、,【备选例题1】 如右图所示，质量为m，带电荷量为q的微粒，以速度v与水平方向成角，进入水平匀强电磁场，在此复合电磁场的作用下恰好做匀速直线运动，求此正交电磁场的E、B?,【解析】 因此微粒做匀速直线运动，有F合0，但由于未告知微粒所带电荷的正负，应先判断此微粒的带电性质若此微粒带负电，它的受力情况如下图甲所示，很容易判断出它在这三个力的作用下不可能做匀速直线运动，因此它一定带正电，其受力情况如图乙所示,题型2 带电粒子在复合场中的曲线运动问题 【例2】 ab、cd为平行金属板，板间匀强电场场强E100 V/m，板间同时存在如右图所示的匀强磁场，磁感应强度B4 T，一带电荷量q1108 C，质
11、量m11010kg的微粒，以速度v030 m/s垂直极板进入板间场区，粒子做曲线运动至M点时速度方向与极板平行，这一带电粒子恰与另一质量和它相等的不带电的微粒吸附在一起做匀速直线运动，不计重力求：,(1)微粒带何种电荷 (2)微粒在M点与另一微粒吸附前的速度大小 (3)M点距ab极板的距离,【解析】 (1)微粒进入两金属板之间所受的磁场力向哪？微粒带什么电荷？ 答由带电微粒的运动轨迹的弯曲方向可知洛伦兹力向上，所以判定该微粒带负电 (2)带电微粒吸附另一微粒后的速度为多大？ 答两微粒吸附后恰能做匀速直线运动，则有qvBqE，得v,(3)带电微粒吸附另一微粒前的速度为多大？ 答设微粒在吸附前的速
12、率为v，两微粒吸附前后系统动量守恒，则有mv02mv，得v2v50 m/s. (4)带电微粒从进入板间到M点有哪些力做功？ 答只有电场力做功 (5)如何求得M点离ab极板的距离？ 答设M点离ab极板的距离为s，带电粒子从ab极板运动到M点的过程中，利用动能定理有qEs ，代入数据得s0.08 m.,【答案】 (1)负电 (2)50 m/s (3)0.08 m 【方法归纳】 当带电粒子速度发生变化时，洛伦兹力就发生变化，物体的受力情况必然发生变化，运动形式也要发生变化要注意洛伦兹力与带电粒子运动方向及带电性质有关，而电场力只与电荷性质有关由于洛伦兹力不做功，只有电场力和重力做功，所以对于带电微粒
13、在复合场中曲线运动过程的处理一般采用动能定理、能量守恒来处理,【备选例题2】 如右图所示，匀强电场场强E4 V/m，方向水平向左，匀强磁场的磁感应强度B2 T，方向垂直纸面向里，质量m1 kg的带正电小物体A，从M点沿绝缘粗糙的竖直墙壁无初速下滑，它滑行h0.8 m到N点时脱离墙壁做曲线运动，在通过P点时小物体A受力平衡，此时其速度与水平方向成45角，设P点与M点的高度差为H1.6 mg取10 m/s2.试求：P点与M点的水平距离s是多少？,【答案】 0.6 m,题型3 带电粒子在组合场中运动 【例3】 如右图所示，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
14、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yh处的点P1时速率为v0，方向沿x轴正方向，经过x轴上x2h处的P2点进入磁场，并经过y轴上y2h处的P3点不计重力求：,(1)电场强度的大小 (2)粒子到达P2时速度的大小和方向 (3)磁感应强度的大小,【解析】 (1)带电粒子的运动经历几个阶段，运动性质分别是什么？ 答解决这类问题的关键是弄清楚带电粒子的运动情况经分析，带电粒子先在电场中做类平抛运动，进入磁场中后做匀速圆周运动，粒子在电场和磁场中运动的轨迹如图所示,思维拓展 哪些实际应用使用了组合场？ 答案回旋加速器、质谱仪 【方法归纳】 组合场是指电场与
15、磁场同时存在，但各位于一定的区域内，有明显的分界，并不重叠的情况带电粒子在交替场中的运动常常是由一些基本运动组合而成的，掌握基本运动的特点是解决这类问题的关键所在解题时，要把复杂的运动过程分段处理，抓住连接处状态点的分析(受力、运动状态分析)，画出轨迹，选择物理规律求解实际应用中，质谱仪、回旋加速器等都属于这种组合场,【备选例题3】 (2009全国)如右图，在宽度分别为l1和l2的两个毗邻的条形区域中分别有匀强磁场和匀强电场，磁场方向垂直于纸面向里，电场方向与电、磁场分界线平行向右一带正电荷的粒子以速率v从磁场区域上边界的P点斜射入磁场，然后以垂直于电、磁场分界线的方向进入电场，最后从电场边界上的Q点射出已知PQ垂直于电场方向，粒子轨迹与电、磁场分界线的交点到PQ的距离为d.不计重力，求电场强度与磁感应强度大小之比以及粒子在磁场与电场中运动时间之比,(1)电场强度E的大小是多少？ (2)两小球的质量之比 是多少？,【解析】 (1)小球1所受重力与电场力的大小相等，由此你可得出什么结果？ 答小球1所受的重力与电场力大小相等，则有： m1gq1E，解得：E2.5 N/C. (2)第一次相碰后，小球1做什么运动？ 答相碰后小球1所受重力与电场力的大小仍相等，故在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得：,
