《2018高三物理一轮复习 11.4 带电粒子在复合场中的运动精品课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018高三物理一轮复习 11.4 带电粒子在复合场中的运动精品课件（102页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4课时 带电粒子在复合场中 的运动,一、复合场 复合场是指_、_、_在同一空间并存，或者是两种场并存的场带电粒子在这些复合场中运动时，可能同时受到几种不同性质的力的作用,电场,磁场,重力场,二、三种场力的特点 1重力 重力的大小为mg，方向竖直向下，重力做功与运动路径_，只与带电粒子的质量m和初、末位置的竖直高度差h有关重力的功与_的变化量对应,无关,重力势能,2电场力 电场力的大小为qE，方向由场强E的方向和 带电粒子的电性决定，电场力做功与运动路径_，只与带电粒子的电荷量和初、末位置的电势有关电场力做的功与粒子的 _的变化量对应,无关,电势能,3洛伦兹力 洛伦兹力的大小：当vB时，F0，
2、当vB 时，FBqv；洛伦兹力的方向总是垂直于速 度与磁场构成的平面，无论带电粒子做什么 运动，洛伦兹力总_，不会改变粒子 的动能,不做功,三、带电粒子在复合场中的运动情况有很多，常见的运动情况有如下几种 1带电粒子在复合场中所受的合外力为零时，粒子将处于_或做_ 运动 2当带电粒子所受的合外力时刻指向一个圆心充当向心力时，粒子将做匀速圆周运动(如：电场力和重力相平衡，洛伦兹力提供向心力),静止状态,匀速直线,3当带电粒子所受的合外力大小、方向均不断发生变化时，则粒子将非匀变速做曲线运动 4带电粒子在绝缘杆或者绝缘线的束缚下的运动,一、带电粒子在复合场中运动的相关规律的运用 1静止或匀速直线运
3、动(a0) 合力F0，一般方法：(1)矢量三角形法 (2)正交分解法：Fx0，Fy0 2粒子做匀变速运动(a恒定) 牛顿第二定律：Fma (力的合成) 或：取运动方向为x轴Fxma，Fy0(正交分解),4动量守恒定律的应用 (1)应用条件：系统只有内部相互作用(系统不受外力或可以忽略不计)，最典型的是碰撞过程 (2)表达式：m1v1m2v2m1v1m2v2 (3)注意动量矢量性，代入速度时要考虑其方向,5能量的转化和守恒E增E减 (1)分析在运动过程中有哪些形式的能量参与转化 (2)左边：看哪些能量增加了，增加了多少，然后把所有增加量相加 (3)右边：看哪些能量减少了，减少了多少，然后把所有减
4、少量相加,二、带电粒子在复合场中运动的典型应用 1速度选择器 如下图所示，设带正电的粒子(不计重力)从左边射入正交的匀强电场和匀强磁场中时，受到的电场力F方向向下，而受到的洛伦兹力f方向向上则：,(2)对某一确定的速度选择器，有确定的入口和出口，在图所示的速度选择器中，入口在左端，出口在右端若带电粒子从右端射入时，由于洛伦兹力和电场力同向，粒子必发生偏转 (3)任何一个存在正交电场和磁场的空间都可看作速度选择器,2质谱仪 质谱仪是一种测量带电粒子质量和分离同位素的仪器 如右图所示，粒子源S产生 质量为m，电荷量为q的正 粒子(所受重力不计)粒子 出来时速度很小(可忽略不计)，经过电压为U的电场
5、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，经过半个周期到达记录它的照相底片P上，测得它在P上的位置到入口处的距离为L，则,3回旋加速器 如下图所示，回旋加速器的核心部分是两个D形金属扁盒，两盒之间留一个窄缝，在中心附近放有粒子源，D形盒装在真空容器中，整个装置放在巨大电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，其工作原理是：,4磁流体发电机 目前世界上正在研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，它可以把气体的内能直接转化为电能图a表示出了它的发电原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体来说呈中性)，喷射入磁场，磁场中有两块金属板
6、A、B，,则高速射入的离子在洛伦兹力的作用下向A、B两板聚集，使两板间产生电势差，若平行金属板距离为d，匀强磁场磁感应强度为B，等离子体流速为v，气流从一侧面垂直磁场射入板间，不计气体电阻，外电路电阻为R，可求出两板间的最大电压和电路中可能达到的最大电流,如图b，运动电荷在磁场中受洛伦兹力发生偏转，正负离子分别到达B、A极板，(B板为电源正极，故电流方向从B经R到A)使A、B板间存在匀强电场，并在电场力作用下偏转减弱，直至当等离子体不发生偏转即匀速穿过时，有qvBEq. AB两板间UEdBdv 根据全电路欧姆定律得：IBdv/R.,5测金属导体内的自由电子密度(霍耳效应) 如右图所示，厚度为h
7、，宽度为d的金属板，放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当有电流I通过金属板时，在金属板的上侧面A和下侧面A之间会产生电势差，这种现象称为霍耳效应,(1)在霍耳效应中可推测侧面电势高低 外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在金属板的上侧面A而显示负电，(注意电子运动方向与电流方向相反)在金属板的下侧面A则因缺少电子而显示正电，从而形成横向电场，,横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的电场力，当电场力与洛伦兹力达到平衡时，金属板上下两侧面就会形成稳定的电势差；由以上分析可知，下侧面A电势较高,6电磁流量计 如右图所示是电磁流量计 的示意图，在非磁性材料 制成的圆管道外加一匀强 磁场区，当管中
8、的导电液流过此磁场区域时，小灯泡就会发光，如果导电液体流过磁场区域能使额定电压为U的小灯泡正常发光，已知磁场的磁感应强度为B，测得圆管的直径为d，导电液体的电阻忽略不计，又假设导电液体充满圆管流过，则可求出管中液体流量(液体流量为单位时间内流过的液体体积)的表达式,一、带电粒子在组合场中的运动 如右图所示，直线OA与y轴成 30角，在AOy范围内有 沿y轴负方向的匀强电场，在 AOx范围内有一个矩形区域的匀强磁场该磁场区域的磁感应强度B0.2 T，方向垂直纸面向里,一带电微粒电荷量q21014 C，质量m41020 kg，微粒在y轴上的某点以速度v0垂直于y轴进入匀强电场，并以速度v3104
9、m/s垂直穿过直线OA，运动中经过矩形磁场区域后，最终又垂直穿过x轴不计微粒重力，求：(结果保留两位有效数字),(1)带电微粒进入电场时的初速度v0多大？ (2)带电微粒在磁场中做圆周运动的半径r. (3)画出粒子运动轨迹图并求出最小矩形磁场区域的长和宽,【答案】 (1)2.6104 m/s (2)0.30 m (3)0.6 m 0.56 m 【点评】 解决带电粒子在分离复合场运动问题的思路方法,1如图甲所示，建立xOy坐标系两平行极板P、Q垂直于y轴且关于x轴对称，极板长度和板间距均为l，在第一、四象限有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于xOy平面向里位于极板左侧的粒子源沿x轴向右连续发射
10、质量为m、电荷量为q、速度相同、重力不计的带电粒子,在03t0时间内两板间加上如图乙所示的电压(不考虑极板边缘的影响)已知t0时刻进入两板间的带电粒子恰好在t0时刻经极板边缘射入磁场上述m、q、l、t0、B为已知量(不考虑粒子间相互影响及返回极板间的情况),二、带电粒子在叠加复合场中的运动 如右图所示，在x轴下方存 在着正交的电场与磁场， 电场沿x轴正方向，电场 强度E120 N/C，磁场 垂直纸面向里，磁感应强度B15 T一个质量m3 g，带电荷量q2103 C的带电小球自y轴上的M点沿直线匀速运动到x轴上的N点，且已知OM4 m,在x轴上方存在着正交的电场E2与磁场B2(图中均未画出)，小
11、球在x轴上方做圆周运动，恰好与y轴相切，运动轨迹如图所示(g10 m/s2，sin 370.6)试求： (1)小球运动的速率v； (2)电场E2的大小和方向； (3)磁场B2的大小和方向,【点评】 带电粒子(体)在复合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 (4)常用的物理规律：共点力平衡条件、运动定律、运动学公式、动能定理、能量守恒定律、功能关系、动量定理、动量守恒定律、圆周运动向心力
12、公式等 (5)思维方法：常用到力的合成与分解、运动的合成及分解、等效法、假设法、类比法等,2(2009年高考重庆卷)如下图，离子源A产生的初速度为零，带电荷量均为e、质量不同的正离子被电压为U0的加速电场加速后匀速通过准直管，垂直射入匀强偏转电场，偏转后通过极板HM上的小孔S离开电场，经过一段匀速直线运动，垂直于边界MN进入磁感应强度为B的匀强磁场已知HOd，HS2d，MNQ90.(忽略离子所受重力),(1)求偏转电场场强E0的大小以及HM与MN的夹角； (2)求质量为4m的离子在磁场中做圆周运动的半径； (3)若质量为4m的离子垂直打在NQ的中点S1处，质量为16m的离子打在S2处，S1和S
13、2之间的距离以及能打在NQ上的正离子的质量范围,(2009年高考天津理综)如右图所示，直角坐标系xOy位于竖直平面内，在水平的x轴下方存在匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度为B，方向垂直xOy平面向里，电场线平行于y轴一质量为m、电荷量为q的带正电的小球，从y轴上的A点水平向右抛出，,命题研究,经x轴上的M点进入电场和 磁场，恰能做匀速圆周运 动，从x轴上的N点第一次 离开电场和磁场，MN之间 的距离为L，小球过M点时的速度方向与x轴正方向夹角为.不计空气阻力，重力加速度为g，求：,(1)电场强度E的大小和方向； (2)小球从A点抛出时初速度v0的大小； (3)A点到x轴的高度h.,带电粒子
14、在重力场、电场、磁场并存的空间中运动时，重力、电场力、磁场力将按自身的性质独立作用于粒子，其中洛伦兹力对运动电荷不做功，重力和电场力做功与路径无关对带电粒子在复合场中运动的处理方法是：,(1)正确分析带电粒子的受力情况及运动情况是正确解题的前提带电粒子在复合场中做何种运动，取决于带电粒子所受到的合外力及其初始状态的速度方向，因此，应该把带电粒子的运动情况和受力情况结合起来进行分析,当带电粒子在重力场、电场、磁场并存的空间中做直线运动时，重力、电场力和洛伦兹力的合力必为零，一定做匀速直线运动；当带电粒子所受的重力和电场力等值反向，洛伦兹力提供向心力时，带电粒子做匀速圆周运动；当带电粒子连续通过几
15、个不同的场区，粒子的受力情况和运动情况也发生相应的变化，其运动过程分别由几种不同的运动阶段组成,(2)灵活选用物理规律是正确解题的关键当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，可根据物体的平衡条件列方程求解；当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，可运用牛顿第二定律和向心力公式列方程求解；当带电粒子在复合场中做变速曲线运动时，应选择动能定理或能量守恒定律列方程求解涉及两粒子的碰撞或相互作用的问题，可应用动量守恒定律列方程求解,(2009年高考全国)如右图所 示在宽度分别为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,【解析】 粒子在磁场中做匀速圆周运动(如下图)由于粒子在分界线处的速度与分界线垂直，圆心O应在分界线上OP长度即为粒子运动的圆弧的半径R.由几何关系得,1一回旋加速器，当电场的频率一定时，加速粒子的磁感应强度和加速质子的磁感应强度之比为( ) A11 B12 C21 D14,【答案】
