《2018版高考物理一轮复习 专题6 带电粒子在复合场中的运动课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018版高考物理一轮复习 专题6 带电粒子在复合场中的运动课件（71页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题6 带电粒子在复合场中的运动,-2-,一、带电粒子在复合场中的运动 1.复合场 (1)叠加场:电场、磁场 、重力场共存,或其中某两种场共存。 (2)组合场:电场与磁场各位于一定的区域内,并不重叠或在同一区域,但电场、磁场一般交替 出现。,-3-,2.带电粒子在复合场中的运动形式 (1)静止或匀速直线运动 当带电粒子在复合场中所受合外力为零时,将处于静止 状态或匀速直线 运动状态。 (2)匀速圆周运动 当带电粒子所受的重力与电场力大小相等,方向相反时,带电粒子在洛伦兹力的作用下,在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周 运动。 (3)较复杂的曲线运动 当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化,且与初
2、速度方向不在同一直线上,粒子做非匀 变速曲线运动,这时粒子运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线。 (4)分阶段运动 带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域,其运动情况随区域发生变化,其运动过程由几种不同的运动阶段组成。,-4-,二、带电粒子在复合场中运动的应用举例 1.质谱仪 (1)构造:如图所示,质谱仪由粒子源、加速电场、匀强磁场和照相底片组成。 (2)功能:测量同位素的质量和比荷。,-5-,(3)工作原理:质子数相同而质量数不同的原子互称为同位素。在图中,如果容器A中含有电荷量相同而质量有差别的粒子,它们先在加速电场中由静止开始加速,然后进入磁场后沿着不同的半径做圆周运动,打在照相底片上
3、不同的地方,在底片上形成若干谱线状的细条,叫质谱线。每一条对应于一定的质量,从谱线的位置可以知道圆周的半径r,如果再已知带电粒子的电荷量q,就可算出它的质量。,根据动能定理可以求出粒子离开电场时的速度v= ;根据洛伦兹力提供向心力得粒子轨道半径R= 。联立以上方程可得粒子的比荷 ,若已知q,则粒子的质量m= 。,2.回旋加速器 (1)构造:如图所示,回旋加速器由两个半圆形D形盒组成,D形盒处于匀强磁场中,其狭缝处接交流电源。 (2)原理:交变电流周期与粒子做匀速圆周运动的周期 相同 ,粒子在圆周运动的过程中一次一次经过D形盒缝隙,两D形盒间的电势差一次一次地反向,粒子就会一次一次地加速,最终从
4、D形盒的边沿被引出。若D形盒的半径为R,则由 得最大动能 ,可见带电粒子能获得的最大动能由磁感应强度 和D形盒半径 决定。,-6-,-7-,3.粒子速度选择器 (1)构造:平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直 ,这种装置能把具有一定速度 的粒子选择出来,所以叫速度选择器。 (2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE=qvB ,即 。速度v与粒子电荷量、电性、质量无关。,-8-,4.磁流体发电机 (1)根据左手定则,如图中的B是发电机正极 。 (2)磁流体发电机两极板间的距离为d,等离子体速度为v,磁场的磁感应强度为B,则由 得两极板间能达到的最大电势差U=Bdv 。,-9-,5
5、.电磁流量计 工作原理:如图所示,圆形导管直径为d,用非磁性材料 制成,导电液体在管中向左流动,导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下会发生纵向偏转,使得a、b间出现电势差,形成电场,当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时,a、b间电势差就保持稳定,即 qvB=qE = ,所以v= ,因此液体流量Q=Sv= = 。,-10-,6.霍尔效应 在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体,当磁场方向 与电流方向垂直时,导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了 电势差 ,这种现象称为霍尔效应,所产生的电势差称为霍尔电势差,其原理如图所示。,-11-,7.电视显像管 电视显像管是应用电子束磁偏
6、转 (选填“电偏转”或“磁偏转”)的原理来工作的,使电子束偏转的磁场 (选填“电场”或“磁场”)是由两对偏转线圈产生的。显像管工作时,由阴极 发射电子束,利用磁场来使电子束偏转,实现电视技术中的扫描 ,使整个荧光屏都在发光。,-12-,-13-,1.(多选)地球大气层外部有一层复杂的电离层,既分布有地磁场,也分布有电场。假设某时刻在该空间中有一小区域存在如图所示的电场和磁场;电场的方向在纸面内斜向左下方,磁场的方向垂直纸面向里。此时一带电宇宙粒子恰以速度v垂直于电场和磁场射入该区域,不计重力作用,则在该区域中,有关该带电粒子的运动情况可能的是( ) A.仍做直线运动 B.立即向左下方偏转 C.
7、立即向右上方偏转 D.可能做匀速圆周运动,答案,解析,-14-,2.质谱仪的两大重要组成部分是加速电场和偏转磁场,如图为质谱仪的原理图。设想有一个静止的质量为m、电荷量为q的粒子(不计重力),经电压为U的加速电场加速后垂直进入磁感应强度为B的偏转磁场中,带电粒子打到底片上的P点,设OP=x,则下列图中能正确反映x与U之间的函数关系的是( ),答案,解析,-15-,3.(多选)如图所示,空间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电场的方向竖直向下,磁场方向水平(图中垂直纸面向里),一带电油滴P恰好处于静止状态,则下列说法正确的是( ) A.若撤去电场,P可能做匀加速直线运动 B.若撤去磁场,P可能做
8、匀加速直线运动 C.若给P一初速度,P可能做匀速直线运动 D.若给P一初速度,P可能做顺时针方向的匀速圆周运动,答案,解析,-16-,4.如图所示,一束粒子(不计重力,初速度可忽略)缓慢通过小孔O1进入极板间电压为U的水平加速电场区域,再通过小孔O2射入相互正交的恒定匀强电场、磁场区域,其中磁场的方向如图所示,磁感应强度大小可根据实际要求调节,收集室的小孔O3与O1、O2在同一条水平线上。则收集室收集到的是( ) A.具有特定质量和特定比荷的粒子 B.具有特定速度和特定比荷的粒子 C.具有特定质量和特定速度的粒子 D.具有特定动能和特定比荷的粒子,答案,解析,-17-,5.磁流体发电示意图如图
9、所示,相距为d的两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场。一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量正、负带电粒子)以速度v沿垂直于磁场的方向射入磁场,由于等离子体在磁场力的作用下运动方向发生偏转,P、Q板上就会聚集电荷,从而在两板间产生电压。若P、Q两板间的磁场、电场按匀强磁场、匀强电场处理,磁感应强度为B。 (1)求这个发电机的电动势E; (2)发电机的输出端a、b间接有阻值为R的电阻,发电机的内阻为r。 在图示磁极配置的情况下,判断通过电阻R的电流方向; 计算通过电阻R的电流大小I。,-18-,-19-,考点一,考点二,例1,对点训练1,考点三,带电粒子在组合场中的运动 1.是否考虑粒子重
10、力的三种情况 (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;而对于一些宏观物体,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,要由分析结果确定是否要考虑重力。,-20-,考点一,考点二,例1,对点训练1,考点三,2.“电偏转”与“磁偏转”的比较,-21-,考点一,考点二,例1,对点训练1,考点三,-22-,考点一,考点二,例1,对点训练1,考点三,(1)若该粒子从AC边射出磁场,速度方向偏转了60,求初速
11、度的大小; (2)若改变该粒子的初速度大小,使之通过y轴负半轴某点M,求粒子从B点运动到M点的最短时间。,-23-,考点一,考点二,例1,对点训练1,考点三,解题探究:粒子速度方向偏转60,粒子经过的圆弧所对应的圆心角为多少? 如何才能使粒子通过y轴的负半轴?,提示:60。,提示:为能使粒子通过y轴的负半轴,需要粒子能从磁场BC边射出进入电场。,-24-,考点一,考点二,例1,对点训练1,考点三,-25-,考点一,考点二,例1,对点训练1,考点三,-26-,考点一,考点二,例1,对点训练1,考点三,-27-,考点一,考点二,例1,对点训练1,考点三,-28-,考点一,考点二,例1,对点训练1,
12、考点三,规律总结:解决带电粒子在组合场中运动问题的思路方法,-29-,考点一,考点二,例1,对点训练1,考点三,(2015山西质量监测)如图所示,第一象限内存在沿y轴负方向的匀强电场,电场强度大小为E;第二、三、四象限存在方向垂直xOy平面向外的匀强磁场,其中第二象限的磁感应强度大小为B,第三、四象限的磁感应强度大小相等。一带正电的粒子,从P(-d,0)点沿与x轴正方向成=60角平行xOy平面入射,经第二象限后恰好由y轴上的Q点(图中未画出)垂直y轴进入第一象限,之后经第四、三象限重新回到P点,回到P点时速度方向与入射时相同。不计粒子重力,求: (1)粒子从P点入射时的速度v0; (2)第三、
13、四象限的磁感应强度的大小B。,-30-,考点一,考点二,例1,对点训练1,考点三,-31-,考点一,考点二,例1,对点训练1,考点三,-32-,考点一,考点二,例2,对点训练2,考点三,带电粒子在叠加场中的运动 1.带电粒子在叠加场中无约束情况下的运动主要是以下几种形式,-33-,考点一,考点二,例2,对点训练2,考点三,-34-,考点一,考点二,例2,对点训练2,考点三,2.带电粒子在叠加场中有约束情况下的运动 带电粒子在叠加场中受轻杆、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、
14、能量守恒定律结合牛顿运动定律求解。,-35-,例2,对点训练2,考点一,考点二,考点三,如图所示,竖直平面坐标系xOy的第一象限,有垂直xOy平面向外的水平匀强磁场和竖直向上的匀强电场,大小分别为B和E;第四象限有垂直xOy平面向里的水平匀强电场,大小也为E;第三象限内有一绝缘光滑竖直放置的半径为R的半圆轨道,轨道最高点与坐标原点O相切,最低点与绝缘光滑水平面相切于N。一质量为m的带电小球从y轴上(y0)的P点沿x轴正方向进入第一象限后做圆周运动,恰好通过坐标原点O,且水平切入半圆轨道并沿轨道内侧运动,过N点水平进入第四象限,并在电场中运动(已知重力加速度为g)。,-36-,例2,对点训练2,
15、考点一,考点二,考点三,(1)判断小球的带电性质并求出其所带电荷量; (2)P点距坐标原点O至少多高; (3)若该小球以满足(2)中OP最小值的位置和对应速度进入第四象限,通过N点开始计时,经时间 小球距坐标原点O的距离s为多远?,解题探究:带电小球在第一象限内做匀速圆周运动,重力和电场力有何联系? 分析小球从N点进入第四象限后的运动状态。,提示:大小相等,方向相反。,提示:类平抛运动。沿x轴做匀速直线运动,沿电场方向做匀加速直线运动。,-37-,例2,对点训练2,考点一,考点二,考点三,-38-,例2,对点训练2,考点一,考点二,考点三,-39-,例2,对点训练2,考点一,考点二,考点三,-
16、40-,例2,对点训练2,考点一,考点二,考点三,规律总结:分析带电粒子在叠加场中运动问题的一般步骤 (1)看清粒子所在区域中场的组成,一般是电场、磁场、重力场中两个场或三个场的叠加场。 (2)正确的受力分析是解题的基础,除了重力、弹力、摩擦力以外,特别要注意电场力和洛伦兹力的分析,不可遗漏任何一个力。 (3)在受力分析的基础上进行运动分析,注意运动情况和受力情况的相互结合,特别要关注一些特殊的时刻所处的特殊状态(临界状态),对于临界问题,注意挖掘隐含条件。 (4)如果粒子在运动过程中经过不同的区域受力发生改变,应根据需要对整个过程分阶段处理。,-41-,例2,对点训练2,考点一,考点二,考点三,(5)应用一些必要的数学知识,画出粒子的运动轨迹示意图,根据题目的条件和问题灵活选择不同的物理规律解题。 当带电粒子在叠加场中做匀速直线运动时,根据受力平衡列方程求解; 当带电粒子在叠加场中做匀速圆周运动时,应用牛顿定
