《金新学案》安徽省高三物理一轮 第8章 磁场 第三讲精品

第三讲带电粒子在复合场中第三讲带电粒子在复合场中 的运动的运动一、复合场一、复合场1复合场是指电场、复合场是指电场、_和重力场并存，和重力场并存，或其中某两场并存，或分区域存在或其中某两场并存，或分区域存在磁场磁场2三种场的比较三种场的比较力的特点力的特点功和能的特点功和能的特点重重力力场场大小：大小：G_方向：方向：_重力做功与路径重力做功与路径_重力做功改重力做功改变变物体的物体的_静静电电场场大小：大小：F_方向：方向：a.正正电电荷受荷受力方向与力方向与场场强强方向方向_b.负电负电荷受力方向荷受力方向与与场场强强方向方向_电场电场力做功与路径力做功与路径_W_电场电场力做功改力做功改变变_磁磁场场洛洛伦兹伦兹力力F_方向符合方向符合_定定则则洛洛伦兹伦兹力不做功，不力不做功，不改改变带电变带电粒子的粒子的_mg竖竖直向下直向下无关无关重力重力势势能能qE相同相同相反相反qvB左手左手无关无关qU电势电势能能动动能能3.带电粒子在复合场中的运动分类带电粒子在复合场中的运动分类(1)静止或匀速直线运动：当带电粒子在复合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，将处于场中所受合外力为零时，将处于_状态状态或做或做_(2)匀速圆周运动：当带电粒子所受的重力与匀速圆周运动：当带电粒子所受的重力与电场力大小电场力大小_，方向，方向_时，带电粒子时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做平面内做_运动运动(3)当带电体所受合力大小与方向均变化时，当带电体所受合力大小与方向均变化时，将做非匀变速曲线运动，这类问题一般只能将做非匀变速曲线运动，这类问题一般只能用用_关系来处理关系来处理静止静止匀速直线运动匀速直线运动相等相等相反相反匀速圆周匀速圆周能量能量二、电场磁场分区域应用实例二、电场磁场分区域应用实例1电视显像管电视显像管电视显像管是应用电子束电视显像管是应用电子束_(填填“电偏电偏转转”或或“磁偏转磁偏转”)的原理来工作的，使电子的原理来工作的，使电子束偏转的束偏转的_(填填“电场电场”或或“磁场磁场”)是是由两对偏转线圈产生的显像管工作时，由由两对偏转线圈产生的显像管工作时，由_发射电子束，利用磁场来使电子束偏发射电子束，利用磁场来使电子束偏转，实现电视技术中的转，实现电视技术中的_，使整个荧光屏，使整个荧光屏都在发光都在发光磁偏转磁偏转磁场磁场阴极阴极扫描扫描2质谱仪质谱仪(1)构造：如图所示，由粒子源、构造：如图所示，由粒子源、_、_和照相底片等构成和照相底片等构成加速电场加速电场偏转磁场偏转磁场交流交流相等相等磁感磁感应应强强度度B半径半径R无关无关垂直垂直qEqvBdvB非磁性材料非磁性材料电场力电场力洛伦兹力洛伦兹力4霍尔效应：在匀强磁场中放置一个矩形霍尔效应：在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当截面的载流导体，当_与电流方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了的方向上出现了_，这个现象称为霍，这个现象称为霍尔效应所产生的电势差称为霍尔电势差，尔效应所产生的电势差称为霍尔电势差，其原理如下图所示其原理如下图所示磁场方向磁场方向电势差电势差一、一、“磁偏转磁偏转”和和“电偏转电偏转”的比较的比较电电偏偏转转磁偏磁偏转转偏偏转转条件条件带电带电粒子以粒子以vE进进入匀入匀强强电场电场带电带电粒子以粒子以vB进进入匀入匀强强磁磁场场受力情况受力情况只受恒定的只受恒定的电电场场力力只受大小恒定的洛只受大小恒定的洛伦兹伦兹力力运运动动情况情况 类类平抛运平抛运动动匀速匀速圆圆周运周运动动做功情况做功情况电场电场力既改力既改变变速度速度方向，也改方向，也改变变速度速度的大小，的大小，对电对电荷要荷要做功做功洛洛伦兹伦兹力只改力只改变变速度方向，不改速度方向，不改变变速度的大小，速度的大小，对电对电荷永不做功荷永不做功物理物理图图象象二、带电粒子在复合场中常见的运动形式二、带电粒子在复合场中常见的运动形式1带电粒子在复合场中所受的合外力为零时，粒子带电粒子在复合场中所受的合外力为零时，粒子做匀速直线运动或静止做匀速直线运动或静止2当带电粒子所受的合外力与运动方向在一条直线当带电粒子所受的合外力与运动方向在一条直线上时，粒子做变速直线运动上时，粒子做变速直线运动3当带电粒子受到的合外力大小恒定，方向当带电粒子受到的合外力大小恒定，方向始终和速度方向垂直时，粒子将做匀速圆周始终和速度方向垂直时，粒子将做匀速圆周运动常见的形式是重力和电场力的合力为运动常见的形式是重力和电场力的合力为零，洛伦兹力充当向心力零，洛伦兹力充当向心力4当带电粒子所受的合外力的大小、方向均当带电粒子所受的合外力的大小、方向均不断变化时，粒子将做变加速运动，此时一不断变化时，粒子将做变加速运动，此时一般只能用能量观点分析问题般只能用能量观点分析问题三、带电粒子在复合场中运动的分析方法和思路三、带电粒子在复合场中运动的分析方法和思路1弄清楚复合场的组成一般是由磁场和电场复合，弄清楚复合场的组成一般是由磁场和电场复合，磁场重力场的复合，磁场、重力场、电场的复合，磁场重力场的复合，磁场、重力场、电场的复合，电场和磁场分区域存在电场和磁场分区域存在2正确进行受力分析除重力、弹力、摩擦力外要正确进行受力分析除重力、弹力、摩擦力外要特别关注电场力和磁场力的分析特别关注电场力和磁场力的分析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进行分析和受力情况的结合进行分析4对于粒子连续经过几个不同场的情况，要对于粒子连续经过几个不同场的情况，要分段进行分析、处理分段进行分析、处理5画出粒子的运动轨迹，灵活选择不同的运画出粒子的运动轨迹，灵活选择不同的运动规律动规律(1)当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，根据受力平衡的方程求解根据受力平衡的方程求解(2)当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，应用牛顿运动定律结合圆周运动进行求解应用牛顿运动定律结合圆周运动进行求解(3)当带电粒子做复杂的曲线运动时，一般用功当带电粒子做复杂的曲线运动时，一般用功能关系进行求解能关系进行求解答案：答案：DA若离子束是同位素，若离子束是同位素，则则x越大，离子越大，离子进进入入磁磁场时场时速度越大速度越大B若离子束是同位素，若离子束是同位素，则则x越大，离子越大，离子质质量量越小越小C只要只要x相同，相同，则则离子离子质质量一定不相同量一定不相同D只要只要x相同，相同，则则离子的比荷一定相同离子的比荷一定相同 A小球受到的洛伦兹力大小不变，方向也小球受到的洛伦兹力大小不变，方向也不变不变B小球受到的洛伦兹力将不断增大小球受到的洛伦兹力将不断增大C小球的加速度先减小后增大小球的加速度先减小后增大D小球的电势能一直减小小球的电势能一直减小答案：答案：C答案：答案：D答案：答案：C答案：答案：A带电粒子在分离的匀强电场、匀带电粒子在分离的匀强电场、匀强磁场中的运动强磁场中的运动解决带电粒子在分离复合场运动问题的思路解决带电粒子在分离复合场运动问题的思路方法方法带电粒子在叠加复合场中的运动带电粒子在叠加复合场中的运动带电粒子带电粒子(体体)在复合场中的运动问题求解要在复合场中的运动问题求解要点点(1)受力分析是基础在受力分析时是否考虑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的物理规律列方程求解(1)粒子第一次粒子第一次经过电场经过电场的的过过程中程中电场电场力所做的力所做的功功W1.(2)粒子第粒子第n次次经过电场时电场经过电场时电场强强度的大小度的大小En.(3)粒子第粒子第n次次经过电场经过电场所用的所用的时间时间tn.(4)假假设设粒子在磁粒子在磁场场中运中运动时动时，电场电场区域区域场场强强为为零零请请画出从粒子第一次射入磁画出从粒子第一次射入磁场场至第三次离至第三次离开开电场电场的的过过程中，程中，电场电场强强度随度随时间变时间变化的关系化的关系图线图线(不要求写出推不要求写出推导过导过程，不要求程，不要求标标明坐明坐标标刻刻度度值值)1.如右如右图图所示，所示，ABC为竖为竖直平面内的光滑直平面内的光滑绝缘绝缘轨轨道，其中道，其中AB为倾为倾斜直斜直轨轨道，道，BC为为与与AB相切相切的的圆圆形形轨轨道，并且道，并且圆圆形形轨轨道道处处在匀在匀强强磁磁场场中，中，磁磁场场方向垂直方向垂直纸纸面向里面向里质质量相同的甲、乙、量相同的甲、乙、丙三个小球中，甲球丙三个小球中，甲球带带正正电电、乙球、乙球带负电带负电、丙、丙球不球不带电带电现现将三个小球在将三个小球在轨轨道道AB上分上分别别从不从不同高度同高度处处由静止由静止释释放，都恰好通放，都恰好通过圆过圆形形轨轨道的道的最高点，最高点，则则()A经过最高点时，三个小球的速度相等经过最高点时，三个小球的速度相等B经过最高点时，甲球的速度最小经过最高点时，甲球的速度最小C甲球的释放位置比乙球的低甲球的释放位置比乙球的低D运动过程中三个小球的机械能均保持不变运动过程中三个小球的机械能均保持不变答案：答案：DA小球通小球通过过b点点时时的速度小于的速度小于2 m/sB小球在小球在ab段克服摩擦力做的功与在段克服摩擦力做的功与在bc段段克服摩擦力做的功相等克服摩擦力做的功相等C小球的小球的电势电势能一定增加能一定增加D小球从小球从b到到c重力与重力与电场电场力做的功可能等力做的功可能等于克服阻力做的功于克服阻力做的功 解析：解析：无论小球带正电还是负电，速度增大，摩无论小球带正电还是负电，速度增大，摩擦力逐渐增大，加速度减小，都是做加速度逐渐减擦力逐渐增大，加速度减小，都是做加速度逐渐减小的加速运动，最终受力平衡匀速运动，可知小的加速运动，最终受力平衡匀速运动，可知A、B、C错错D对，选对，选D，本题中等难度，本题中等难度答案：答案：DA质谱仪质谱仪是分析同位素的重要工具是分析同位素的重要工具B速度速度选择选择器中的磁器中的磁场场方向垂直方向垂直纸纸面向里面向里C能通能通过过狭狭缝缝P的的带电带电粒子的速率大于粒子的速率大于E/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝缝P，粒，粒子的荷子的荷质质比越小比越小答案：答案：A当物当物块块从从场场区区飞飞出后恰好落到出出后恰好落到出发发点点设设运运动过动过程中物程中物块带电块带电荷量保持不荷量保持不变变，重力，重力加速度加速度为为g.求：求：(1)物物块刚进块刚进入入场场区区时时的速度和的速度和刚刚离开离开场场区区时时距水平面的高度距水平面的高度h；(2)物物块块开始运开始运动时动时的速度的速度 21带电粒子在交变电磁场中的运动带电粒子在交变电磁场中的运动带电粒子在变化的电磁场中常见的运动情境有带电粒子在变化的电磁场中常见的运动情境有三种：三种：1带电粒子做定向运动；带电粒子做定向运动；2带电粒子以某位置为中心做往复运动；带电粒子以某位置为中心做往复运动；3带电粒子做偏转运动对于粒子连续通过几带电粒子做偏转运动对于粒子连续通过几个不同情况的场的问题，要分阶段处理，并做个不同情况的场的问题，要分阶段处理，并做好运动分析和受力分析好运动分析和受力分析(1)求粒子在求粒子在0t0时间时间内的位移大小与极板内的位移大小与极板间间距距h的比的比值值；(2)求粒子在极板求粒子在极板间间做做圆圆周运周运动动的最大半径的最大半径(用用h表示表示)；(3)若板若板间电场间电场强强度度E随随时间时间的的变变化仍如化仍如图图乙所乙所示，