高考物理總復(fù)習(xí)重點(diǎn)精品課件：帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)人教版.ppt

1、第3節(jié) 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),一、復(fù)合場(chǎng) 1定義：復(fù)合場(chǎng)是指電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)并存，或其中某兩種場(chǎng)并存，或分區(qū)域存在 2三種場(chǎng)的比較,3.帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的幾種情況 (1)當(dāng)帶電粒子所受合力為零時(shí)，將處于 或 狀態(tài) (2)當(dāng) 提供向心力，其余各力的合力為零時(shí)，帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng) (3)當(dāng)帶電粒子所受合力大小與方向均變化時(shí)，將做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)這類(lèi)問(wèn)題一般只能用能量關(guān)系來(lái)處理,分析帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須同時(shí)考慮各場(chǎng)的作用，全面正確地分析帶電粒子的受力和運(yùn)動(dòng)特征，尤其是洛倫茲力會(huì)隨粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而變化,靜止,勻速直線運(yùn)動(dòng),洛倫茲力,二、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的典型應(yīng)用

2、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的重要應(yīng)用，包括速度選擇器、回旋加速器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)等 1速度選擇器(如圖所示) (1)平行板中電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相 這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來(lái)，所以叫做速度選擇器,qEqvB,垂直,2回旋加速器 (1)基本構(gòu)造：回旋加速器的核心部分是放置在磁場(chǎng)中的兩個(gè)D形的金屬扁盒(如圖所示)，其基本組成為： 粒子源兩個(gè)D形金屬盒勻強(qiáng)磁場(chǎng)高頻電源粒子引出裝置,相同,3磁流體發(fā)電機(jī) (1)磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，它可以把物體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能 (2)根據(jù)左手定則，如圖所示中的B是發(fā)電機(jī) (3)磁流體發(fā)電機(jī)兩極板間的距離為d，等離子體速度為v，磁場(chǎng)的磁感

3、應(yīng)強(qiáng)度為B，則兩極板間能達(dá)到的最大電勢(shì)差U .,正極,Bvd,電場(chǎng)力,洛倫茲力,同位素,6霍爾效應(yīng)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放置一個(gè)矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了 ，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)所產(chǎn)生的電勢(shì)差稱(chēng)為霍爾電勢(shì)差，其原理如圖所示,電勢(shì)差,1在如圖所示的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)共存的區(qū)域內(nèi)(不計(jì)重力)，電子可能沿水平方向向右做直線運(yùn)動(dòng)的是() 解析：若電子水平向右運(yùn)動(dòng)，在A圖中電場(chǎng)力水平向左，洛倫茲力豎直向下，故不可能；在B圖中，電場(chǎng)力水平向左，洛倫茲力為零，故電子可能水平向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng)；在C圖中電場(chǎng)力豎直向上，洛倫茲力豎直向下，當(dāng)二者大小相等時(shí)，

4、電子向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)；在D圖中電場(chǎng)力豎直向上，洛倫茲力豎直向上，故電子不可能做水平向右的直線運(yùn)動(dòng)，因此只有選項(xiàng)B、C正確 答案：BC,2.如圖所示，在長(zhǎng)方形abcd區(qū)域內(nèi)有正交的電磁場(chǎng)，abbc/2L，一帶電粒子從ad的中點(diǎn)垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向射入，恰沿直線從bc邊的中點(diǎn)P射出，若撤去磁場(chǎng)，則粒子從c點(diǎn)射出；若撤去電場(chǎng)，則粒子將(重力不計(jì))() A從b點(diǎn)射出 B從b、P間某點(diǎn)射出 C從a點(diǎn)射出 D從a、b間某點(diǎn)射出,答案：C,3如圖所示，有一混合正離子束先后通過(guò)正交的電場(chǎng)、磁場(chǎng)區(qū)域和勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，如果這束正離子流在區(qū)域中不偏轉(zhuǎn)，進(jìn)入?yún)^(qū)域后偏轉(zhuǎn)半徑r相同，則它們一定具有相同的() A速度B質(zhì)量

5、 C電荷量 D比荷,答案：AD,答案：(1)2.5104T(2)1.1102m55 eV,帶電粒子在分離的電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),1帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中可能的運(yùn)動(dòng)性質(zhì),2.“電偏轉(zhuǎn)”和“磁偏轉(zhuǎn)”的比較,(1)“電偏轉(zhuǎn)”和“磁偏轉(zhuǎn)”分別是利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)(運(yùn)動(dòng))電荷的電場(chǎng)力和洛倫茲力的作用控制其運(yùn)動(dòng)方向和軌跡 (2)兩類(lèi)運(yùn)動(dòng)的受力情況和處理方法差別很大，要首先進(jìn)行區(qū)別分析，再根據(jù)具體情況處理,例1在平面直角坐標(biāo)xOy中，第象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，第象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的M點(diǎn)以速度v0垂直于y軸射入電

6、場(chǎng)，經(jīng)x軸上的N點(diǎn)與x軸 正方向成60角射入磁場(chǎng)，最后從y軸負(fù)半 軸上的P點(diǎn)垂直于y軸射出磁場(chǎng)，如圖所示不 計(jì)粒子重力，求： (1)M、N兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UMN； (2)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r； (3)粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的總時(shí)間t. 思路點(diǎn)撥根據(jù)粒子在不同區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和受力特點(diǎn)畫(huà)出軌跡，分別利用類(lèi)平拋和圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法列方程求解,帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的一般思路,1帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的分析方法和一般思路 (1)弄清復(fù)合場(chǎng)的組成一般有磁場(chǎng)、電場(chǎng)的復(fù)合，磁場(chǎng)、重力場(chǎng)的 復(fù)合，磁場(chǎng)、電場(chǎng)、重力場(chǎng)三者的復(fù)合 (2)正確受力分析，除重力、彈力、摩擦力外要特別注意靜電力和磁 場(chǎng)力的分析 (

7、3)確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，注意運(yùn)動(dòng)情況和受力情況的結(jié)合 (4)對(duì)于粒子連續(xù)通過(guò)幾個(gè)不同情況的場(chǎng)的問(wèn)題，要分階段進(jìn)行處理 (5)畫(huà)出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)受力平衡列方程 求解 當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)用牛頓定律結(jié)合圓 周運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解 當(dāng)帶電粒子做復(fù)雜曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般用動(dòng)能定理或能量守恒定律 求解 對(duì)于臨界問(wèn)題，注意挖掘隱含條件,2復(fù)合場(chǎng)中粒子重力是否考慮的三種情況 (1)對(duì)于微觀粒子，如電子、質(zhì)子、離子等，因?yàn)槠渲亓σ话闱闆r下與電場(chǎng)力或磁場(chǎng)力相比太小，可以忽略；而對(duì)于一些實(shí)際物體，如帶電小球、液滴、金屬塊等一般應(yīng)當(dāng)考慮其

8、重力 (2)在題目中有明確說(shuō)明是否要考慮重力的，這種情況比較正規(guī)，也比較簡(jiǎn)單 (3)不能直接判斷是否要考慮重力的，在進(jìn)行受力分析與運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，要由分析結(jié)果確定是否要考慮重力,重力、電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)，洛倫茲力始終和運(yùn)動(dòng)方向垂直，永不做功，但洛倫茲力要隨帶電粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化而改變,例2如右圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻 強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一足夠長(zhǎng)的絕緣細(xì)棒OO在豎直面內(nèi) 垂直于磁場(chǎng)方向放置，細(xì)棒與水平面夾角為.一質(zhì) 量為m、帶電荷量為q的圓環(huán)A套在OO棒上，圓 環(huán)與棒間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，且tan .現(xiàn)讓圓環(huán)A由靜止開(kāi)始下滑，試問(wèn)圓環(huán)在下滑過(guò)程中： (1)圓環(huán)A的最大加速度為多大？獲得最大加速度時(shí)的

9、速度為多大？ (2)圓環(huán)A能夠達(dá)到的最大速度為多大？ 思路點(diǎn)撥,2如圖所示，套在很長(zhǎng)的絕緣直棒上的小球， 質(zhì)量為1.0104 kg，帶4.0104 C正電荷，小 球在棒上可以滑動(dòng)，將此棒豎直放置在沿水平方 向的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng) 度E10 N/C，方向水平向右，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感 應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T，方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶铮∏蚺c棒間動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2，求小球由靜止沿棒豎直下落的最大加速度和最大速度(設(shè)小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所帶電荷量保持不變，g取10 m/s2),答案：2 m/s25 m/s,帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的分類(lèi),1帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中無(wú)約束情況下的運(yùn)動(dòng) (1)磁場(chǎng)力、重力并存 若

10、重力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng) 若重力和洛倫茲力不平衡，則帶電體將做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，因F洛不做功，故機(jī)械能守恒，由此可求解問(wèn)題 (2)電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力并存(不計(jì)重力的微觀粒子) 若電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng) 若電場(chǎng)力和洛倫茲力不平衡，則帶電體做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，因F洛不做功，可用動(dòng)能定理求解問(wèn)題 (3)電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力、重力并存 若三力平衡，一定做勻速直線運(yùn)動(dòng) 若重力與電場(chǎng)力平衡，一定做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 若合力不為零且與速度方向不垂直，做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，因F洛不做功，可用能量守恒或動(dòng)能定理求解問(wèn)題,2帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中有約束情況下的運(yùn)動(dòng) 帶電體在復(fù)合場(chǎng)中受輕桿、輕繩、圓環(huán)、

11、軌道等約束的情況下，常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)形式有直線運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)解題要通過(guò)受力分析明確變力、 恒力做功情況， 并注意洛倫茲力不做功的特點(diǎn)， 運(yùn)用動(dòng)能定理、能量守恒定律結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律求出結(jié)果 3帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的臨界值問(wèn)題 由于帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中受力情況復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)情況多變，往往出現(xiàn)臨界問(wèn)題，這時(shí)應(yīng)以題目中的“最大”、“最高”、“至少”等詞語(yǔ)為突破口，挖掘隱含條件，根據(jù)臨界條件列出輔助方程，再與其他方程聯(lián)立求解,帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，往往綜合性較強(qiáng)、物理過(guò)程復(fù)雜在分析處理該部分的問(wèn)題時(shí)，要充分挖掘題目的隱含信息，利用題目創(chuàng)設(shè)的情景，對(duì)粒子做好受力分析、運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析，有必要時(shí)畫(huà)出受力分析

12、圖和運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖，培養(yǎng)空間想象能力、分析綜合能力、應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問(wèn)題的能力,例3如圖所示 ，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁 場(chǎng)中，有一與磁感線垂直且水平放置的、長(zhǎng)為L(zhǎng) 的擺線，拴一質(zhì)量為m、帶有q電荷量的擺球， 若擺球始終能在豎直平面內(nèi)做圓弧運(yùn)動(dòng)試求 擺球通過(guò)最低位置時(shí)繩上的拉力F的大小 思路點(diǎn)撥解答此題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)： (1)彈力和洛倫茲力都隨小球速度改變而改變，但這兩力不做功，只有重力做功 (2)在最低點(diǎn)應(yīng)用牛頓第二定律求解,3在豎直平面內(nèi)半圓形光滑絕緣管處在如圖所示的勻 強(qiáng)磁場(chǎng)中，B1.1 T，半徑R0.8 m，其直徑AOB在豎直 線上圓環(huán)平面與磁場(chǎng)方向垂直，在管口A處以2 m/s水平

13、 速度射入一個(gè)直徑略小于管內(nèi)徑的帶電小球，其電荷量為 104 C，問(wèn)： (1)小球滑到B處的速度為多少？ (2)若小球從B處滑出的瞬間，管子對(duì)它的彈力恰好為零，小球質(zhì)量為多少？(g10 m/s2),答案：(1)6 m/s(2)1.2105 kg,1.(2010年高考重慶卷)如圖所示，矩形MNPQ區(qū)域內(nèi)有方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，有5個(gè)帶電粒子從圖中箭頭所示位置垂直于磁場(chǎng)邊界進(jìn)入磁場(chǎng)，在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡為相應(yīng)的圓弧這些粒子的質(zhì)量、電荷量以及速度大小如下表所示.,由以上信息可知，從圖中a、b、c處進(jìn)入的粒子對(duì)應(yīng)表中的編號(hào)分別為() A3、5、4B4、2、5 C5、3、2 D2、4、5,答案：D,解析：洛倫茲力方向始終與小球運(yùn)動(dòng)速度方向垂直，不做功，故A正確、B錯(cuò)誤；小球在豎直方向受向上的電場(chǎng)力與向下的重力，二者大小相等，試管向右勻速運(yùn)動(dòng)，小球的水平速度保持不變，則豎直向上的洛倫茲力分量大小不變，小球豎直向上做勻加速運(yùn)動(dòng)，即小球做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，故C正確；小球豎直分速度增大，受水平向左的洛倫茲力分量增大，為維持試管勻速運(yùn)動(dòng)拉力F應(yīng)逐漸增大，D正確 答案：ACD,3如圖所示的裝置，左半部分為速度選擇器，右半部分為勻強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)一束同位素離子流從狹縫S1射入速度選擇器，能夠沿直線通過(guò)速度選擇器并從狹縫S2射出的離子，又沿著與電