《2012版高中物理全程复习方略配套课件：选修3-1.8.3带电粒子在复合场中的运动 (沪科版)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2012版高中物理全程复习方略配套课件：选修3-1.8.3带电粒子在复合场中的运动 (沪科版)（101页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,1.有一个带电量为+q、重为G的小球,从两竖直的带电平行板上方h处自由落下,两极板间另有匀强磁场,磁感应强度为B,方向如图所示,则带电小球通过有电场和磁场的空间时,下列说法正确的是( ) A.一定做曲线运动 B.不可能做曲线运动 C.有可能做匀加速运动 D.有可能做匀速运动,【解析】选A.由于小球的速度变化时,重力和电场力不变，洛伦兹力会变化,而洛伦兹力的方向与运动方向垂直，将改变小球的运动方向，小球不可能做匀速或匀加速运动,A正确,B、C、D错.,2.（2011泉州模拟）一重力不计的带电粒子以初速度v0（v0W2 C.一定是W1W2，也可能是W1W2,【解析】选B. 由v0W2，B正确.,
2、3.在如图所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域内(不计重力),电子可能沿水平方向向右做直线运动的是( ),【解析】选C.若电子水平向右运动,在A图中电场力水平向左,洛伦兹力竖直向下,故不可能;在B图中,电场力水平向左,洛伦兹力竖直向上,故电子不可能水平向右做直线运动;在C图中电场力竖直向上,洛伦兹力竖直向下,当二者大小相等时,电子向右做匀速直线运动;在D图中电场力竖直向上,洛伦兹力竖直向上,故电子不可能做水平向右的直线运动,因此只有选项C正确.,4.如图所示,空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场.一带电粒子在电场力和洛伦兹力共同作用下,从静止开始自A点沿曲线ACB运动,到达B点时速
3、度为零,C为运动的最低点,不计重力,则( ) A.该粒子必带负电荷 B.A、B两点位于同一高度 C.粒子到达C点时的速度最小 D.粒子到达B点后,将沿原曲线返回A点,【解析】选B.在不计重力情况下,粒子从A点由静止开始向下运动,说明粒子受向下的电场力,带正电,选项A错误.整个过程中只有电场力做功,而A、B两点粒子速度都为零,所以A、B在同一等势面上,选项B正确.运动到C点时粒子在电场力方向上发生的位移最大,电场力做功最多,粒子速度最大,选项C错误.粒子从B点向下运动时受向右的洛伦兹力,将向右偏,故选项D错.,5.（2011厦门模拟）两块金属板a、b平行放置，板间存在与匀强电场正交的匀强磁场，假
4、设电场、磁场只存在于两板间的空间区域.一束电子以一定的初速度v0从两极板中间，沿垂直于电场、磁场的方向射入场中，无偏转地通过场区，如图所示.已知板长l=10 cm，两板间距d=3.0 cm，两板间电势差U=150 V，v0=2.0107 m/s.求：,（1）磁感应强度B的大小； （2）若撤去磁场，求电子穿过电场时偏离入射方向的距离，以及电子通过场区后动能增加多少？（电子所带电荷量的大小与其质量之比e/m=1.761011 C/kg）,【解析】（1）电子进入正交的电磁场不发生偏转， 则满足 （2）设电子通过场区偏转的距离为y l=v0t， 答案：（1）2.510-4 T （2）1.110-2 m
5、 8.810-18 J,一、带电粒子在复合场中的运动分析 1.带电粒子在复合场中运动的分析方法 （1）弄清复合场的组成.如磁场、电场的复合,磁场、重力场的复合,磁场、电场、重力场三者的复合等. （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种类的场时,要分阶段进行处理.,（5）画出粒子运动轨迹,灵活选择不同的运动规律. 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. 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. 当带电粒子做复杂曲
6、线运动时,一般用动能定理或能量守恒定律求解. 对于临界问题,注意挖掘隐含条件.,2.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，这种情况按题目要求处理比较正规，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，要结合运动状态确定是否要考虑重力.,重力、电场力做功与路径无关，洛伦兹力方向始终和运动方向垂直，永不做功，而洛伦兹力要随带电粒子运动状态的变化而改变.,【例证1】
7、（16分）如图所示, 在水平地面上方有一范围足够大的互相正交的匀强电场和匀强磁场区域.磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向里.一质量为m、带电荷量为q的带正电微粒在此区域内沿竖直平面(垂直于磁场方向的平面)做速度大小为v的匀速圆周运动,重力加速度为g.,(1)求此区域内电场强度的大小和方向. (2)若某时刻微粒在场中运动到P点时,速度与水平方向的夹角为60,且已知P点与水平地面间的距离等于其做圆周运动的半径.求该微粒运动到最高点时与水平地面间的距离. (3)当带电微粒运动至最高点时,将电场强度的大小变为原来的1/2(方向不变,且不计电场变化对原磁场的影响),且带电微粒能落至地面,求带电微粒落至
8、地面时的速度大小.,【解题指导】审题时应重点关注以下三点： (1)带电微粒在复合场中做匀速圆周运动,说明重力和电场力平衡,由洛伦兹力提供向心力. (2)正确画出运动轨迹,再由几何关系找出最高点到地面的距离与轨道半径R的关系. (3)利用动能定理来求解落地速度大小.,【自主解答】(1)由于带电微粒可以在电场、磁场和重力场共存的区域内沿竖直平面做匀速圆周运动,表明带电微粒所受的电场力和重力大小相等、方向相反,因此电场强度的方向竖直向上. （1分） 设电场强度为E,则有mg=qE （2分） 即E=mg/q. （1分）,(2)设带电微粒做匀速圆周运动的轨道半径为R, 根据牛顿第二定律和洛伦兹力公式 有
9、 （2分） 解得 （1分） 依题意可画出带电微粒做匀速圆周运动的轨迹如图所示, 由几何关系可知,该微粒运动至 最高点时与水平地面间的距离 （3分）,(3)将电场强度的大小变为原来的1/2,则电场力F电=mg/2, 带电微粒运动过程中,洛伦兹力不做功,所以在它从最高点 运动至地面的过程中,只有重力和电场力做功,设带电微粒 落地时的速度大小为v1,根据动能定理有 （4分） 解得： （2分） 答案：(1)mg/q 方向竖直向上 (2) (3),【变式训练】（2011广州模拟）如图所示，匀强电场场强E=4 V/m，方向水平向左，匀强磁场的磁感应强度B=2 T，方向垂直纸面向里，质量m=1 kg的带正电
10、小物体A，从M点沿绝缘粗糙的竖直墙壁无初速度下滑，它滑行h=0.8 m到N点时脱离墙壁做曲线运动，在通过P点瞬时A受力平衡，此时其速度与水平方向成45角，且P点与M点的 高度差为H=1.6 m，g取10 m/s2.试求： （1）A沿墙壁下滑时，克服摩擦力 做的功Wf是多少？ （2）P点与M点的水平距离s是多少？,【解析】（1）小物体A在N点有 FN=0，qvNB=qE，vN=E/B 对小物体A从M到N的运动应用动能定理得,（2）根据小物体A通过P点的瞬时受力分析， 对小物体A从N到P的运动应用动能定理得 故s=0.6 m 答案：（1）6 J （2）0.6 m,二、带电粒子在复合场中运动的分类
11、1.带电粒子在复合场中无约束情况下的运动 （1）磁场力、重力并存 若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动. 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）电场力、磁场力并存（不计重力的微观粒子） 若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动. 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 若三力平衡，一定做匀速直线运动. 若重力与电场力平衡，一定做匀速圆周运动. 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
12、题.,2.带电粒子在复合场中有约束情况下的运动 带电体在复合场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下，常见的运动形式有直线运动和圆周运动，此时解题要通过受力分析明确变力、恒力做功情况，并注意洛伦兹力不做功的特点，运用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求出结果. 3.带电粒子在复合场中运动的临界值问题 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“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.,带电粒子在复合场中运动的问题，往往综合性较强、物理过程复杂.在分析处理该部分的问题时，要充分挖掘题目
13、的隐含信息，利用题目创设的情景，对粒子做好受力分析、运动过程分析，有必要时画出受力分析图和运动过程示意图，培养空间想象能力、分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力.,【例证2】（14分）如图所示,足够长的光滑绝缘斜面与水平面的夹角为（sin=0.6）.放在匀强电场和匀强磁场中，电场强度E=50 V/m，方向水平向左，磁场方向垂直纸面向外.一个电荷量为q=410-2C，质量m=0.40 kg的光滑小球，以初速度v0=20 m/s从斜面底端向上滑，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),【解题指导】解答此题应把握以下两点：,【自主解答】小球沿斜面向上运
14、动过程中受力分析如图 所示. 由牛顿第二定律，得 （3分） 故 （1分）,代入数据得a1=10 m/s2， （1分） 上行时间 （1分） 小球沿斜面下滑过程中受力分析如图所示. 小球在离开斜面前做匀加速直线运动， a2=10 m/s2（1分）,运动时间t2=1 s （1分） 脱离斜面时的速度v=a2t2=10 m/s （1分） 在垂直斜面方向上小球脱离斜面受力条件有： qvB+qEsin=mgcos， （3分） 故 （2分） 答案:5 T,【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？,【解析】（1） (2)若小球带负电,小球受力情况
15、如图所示， 由牛顿第二定律得mgsin-qEcos=ma， 则 上行时间 答案:(1)20 m (2)10 s,【规律方法】带电粒子在复合场中运动的分析方法 (1)有约束情况下的运动 带电粒子所受约束通常有面、杆、绳、圆轨道等，常见的运动形式有直线运动和圆周运动，此类问题应注意分析洛伦兹力的作用. (2)无约束情况下的运动 带电粒子在复合场中的运动，实际上仍是一个力学问题，分析的基本思路是：首先正确地对带电粒子进行受力分析和运动情况分析，涉及力的关系主要用平衡条件及牛顿第二定律列式，涉及能量问题主要用动能定理及能量守恒定律列式.,【例证3】飞行时间质谱仪可以对气体分子进行分析.如图所示，在真空
16、状态下，脉冲阀P喷出微量气体，经激光照射产生不同价位的正离子，自a板小孔进入a、b间的加速电场，从b板小孔射出，沿中线方向进入M、N板间的偏转控制区，到达探测器.已知元电荷的电荷量为e，a、b板间距为d，极板M、N的长度和间距均为L.不计离子重力及进入a板时的初速度.,（1）当a、b间的电压为 U1时，在M、N间加上适当 的电压U2，使离子到达 探测器.请推导出离子的全部飞行时间与比荷K（K=ne/m）的关系式. （2）去掉偏转电压U2，在M、N间区域加上垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B，若进入a、b间所有离子质量均为m，要使所有的离子均能通过控制区从右侧飞出，a、b间的加速电压U1至少为多少？,【标准解答】（1）由动能定理得 n价正离子在a、b间的加速度： 在a、b间运动的时间： 在M、N间运动的时间： 离子到达探测器的时间：,
