2013年人教版高中物理一輪復(fù)習(xí)課件83帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動

第3講帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動考點(diǎn)1帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動1.復(fù)合場與組合場(1)復(fù)合場：電場、_____、重力場共存，或其中某兩場共存.(2)組合場:電場與磁場各位于一定的區(qū)域內(nèi),并不重疊，或在同一區(qū)域,電場、磁場分時間段或分區(qū)域交替出現(xiàn).磁場2.運(yùn)動情況分類(1)靜止或勻速直線運(yùn)動.當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中所受___________時,將處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài).(2)勻速圓周運(yùn)動.當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場力大小_____,方向_____時,帶電粒子在洛倫茲力的作用下,在垂直于勻強(qiáng)磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動.合外力為零相等相反(3)較復(fù)雜的曲線運(yùn)動.當(dāng)帶電粒子所受合外力的大小和方向均變化,且與初速度方向不在___________上時,粒子做非勻變速曲線運(yùn)動,這時粒子的運(yùn)動軌跡既不是圓弧,也不是拋物線.(4)分階段運(yùn)動.帶電粒子可能依次通過幾個情況不同的復(fù)合場區(qū)域,其運(yùn)動情況隨區(qū)域發(fā)生_____,其運(yùn)動過程由幾種不同的運(yùn)動階段組成.同一條直線變化1.粒子重力是否考慮的三種情況(1)對于微觀粒子，如電子、質(zhì)子、離子等，因?yàn)槠渲亓σ话闱闆r下與電場力或磁場力相比太小，可以忽略；而對于一些實(shí)際物體，如帶電小球、液滴、塵埃等一般應(yīng)當(dāng)考慮其重力.(2)在題目中有明確說明是否要考慮重力的，按題目要求處理.(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)動分析時，要結(jié)合運(yùn)動狀態(tài)確定是否要考慮重力.2.分析方法(1)弄清復(fù)合場的組成.如磁場、電場的復(fù)合,磁場、重力場的復(fù)合,磁場、電場、重力場三者的復(fù)合等.(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力的分析.(3)確定帶電粒子的運(yùn)動狀態(tài),注意運(yùn)動情況和受力情況的結(jié)合.(4)對于粒子連續(xù)通過幾個不同區(qū)域、不同種類的場時,要分階段進(jìn)行處理.(5)畫出粒子運(yùn)動軌跡,靈活選擇不同的運(yùn)動規(guī)律.①當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中做勻速直線運(yùn)動時,根據(jù)受力平衡列方程求解.②當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中做勻速圓周運(yùn)動時,應(yīng)用牛頓定律結(jié)合圓周運(yùn)動規(guī)律求解.③當(dāng)帶電粒子做復(fù)雜曲線運(yùn)動時,一般用動能定理或能量守恒定律求解.(6)對于臨界問題,注意挖掘隱含條件.(多選)一個帶電粒子以初速度v0垂直于電場方向向右射入勻強(qiáng)電場區(qū)域，穿出電場后接著又進(jìn)入勻強(qiáng)磁場區(qū)域.設(shè)電場和磁場區(qū)域有明確的分界線,且分界線與電場強(qiáng)度方向平行,如圖中的虛線所示.在如圖所示的幾種情況中,可能出現(xiàn)的是()【解析】選A、D.根據(jù)帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)情況可以確定帶電粒子帶電的正、負(fù).選項(xiàng)A、C、D中粒子帶正電，選項(xiàng)B中粒子帶負(fù)電.再根據(jù)左手定則判斷粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)方向，可以確定A、D正確，B、C錯誤.考點(diǎn)2帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動的應(yīng)用實(shí)例1.速度選擇器平行板中電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相_____.這種裝置能把具有一定_____的粒子選擇出來,所以叫做速度選擇器.垂直速度2.磁流體發(fā)電機(jī)磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù),它可以把_____直接轉(zhuǎn)化為電能.內(nèi)能3.電磁流量計導(dǎo)電液體在管中向左流動，導(dǎo)電液體中的自由電荷(正、負(fù)離子)在洛倫茲力的作用下橫向偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)_______.根據(jù)a、b間_______的大小可測量出管中液體的流量.電勢差電勢差4.霍爾效應(yīng)在勻強(qiáng)磁場中放置一個矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)_________與電流方向垂直時，導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了_______，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng).磁場方向電勢差1.速度選擇器的原理(1)粒子能通過速度選擇器的條件.qE=qvB,即(2)是否能通過速度選擇器，只與速度有關(guān)，與粒子種類、帶電正、負(fù)無關(guān).2.磁流體發(fā)電機(jī)和電磁流量計原理(1)根據(jù)左手定則，可以確定正、負(fù)粒子的偏轉(zhuǎn)方向，從而確定正、負(fù)極或電勢高低.(2)電勢差穩(wěn)定時，.由此可計算磁流體發(fā)電機(jī)最大電勢差U=Bdv；電磁流量計流量Q=Sv=.(2012·蘇州模擬)如圖所示，相距為d的水平金屬板M、N的左側(cè)有一對豎直金屬板P、Q，板P上的小孔S正對板Q上的小孔O，M、N間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，在小孔S處有一帶負(fù)電粒子，其重力和初速度均不計，當(dāng)滑動變阻器的滑片在AB的中點(diǎn)時，帶負(fù)電粒子恰能在M、N間做直線運(yùn)動，當(dāng)滑動變阻器的滑片滑到A點(diǎn)后()A.粒子在M、N間運(yùn)動過程中，動能一定不變B.粒子在M、N間運(yùn)動過程中,動能一定增大C.粒子在M、N間運(yùn)動過程中,動能一定減小D.以上說法都不對【解析】選A.當(dāng)滑片向上滑動時,兩個極板間的電壓減小,粒子所受電場力減小,當(dāng)滑到A處時,偏轉(zhuǎn)電場的電壓為零,粒子進(jìn)入此區(qū)域后做圓周運(yùn)動.而加在PQ間的電壓始終沒有變化,所以進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場后動能也就不發(fā)生變化了.綜上所述,A項(xiàng)正確.

帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動情況分析【例證1】在長方形abcd區(qū)域內(nèi)有正交的電磁場，ab=bc/2=L，一帶電粒子從ad的中點(diǎn)垂直于電場和磁場方向射入，恰沿直線從bc邊的中點(diǎn)P射出，若撤去磁場，則粒子從c點(diǎn)射出；若撤去電場，則粒子將(重力不計)()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【解題指南】解答本題應(yīng)把握以下三點(diǎn)：(1)由帶電粒子在復(fù)合場中能沿直線運(yùn)動可確定電場力和洛倫茲力平衡.(2)由帶電粒子在電場中運(yùn)動，從c點(diǎn)射出，找出粒子在磁場中運(yùn)動時求解半徑的條件.(3)根據(jù)帶電粒子在磁場中運(yùn)動半徑判斷粒子的射出點(diǎn).【自主解答】選C.粒子在復(fù)合場中沿直線運(yùn)動，則qE=qv0B，當(dāng)撤去磁場時，.撤去電場時，，可以求出.故粒子從a點(diǎn)射出，C正確.【互動探究】［例證1］中，若ab=bc=L，其他條件不變，則正確的選項(xiàng)是()【解析】選D.若ab=bc=L，qE=qv0B，則再根據(jù)可求得r=L，故粒子從a、b間某點(diǎn)射出，故D正確.【總結(jié)提升】帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動的綜合分析這類問題綜合了帶電粒子在電場和磁場組成的復(fù)合場中的勻速直線運(yùn)動、電場中的類平拋運(yùn)動、磁場中的勻速圓周運(yùn)動三個方面.(1)在電場和磁場組成的復(fù)合場中做勻速直線運(yùn)動時，符合二力平衡：qE=qvB.(2)若撤去磁場，帶電粒子在電場中做類平拋運(yùn)動，應(yīng)用運(yùn)動的合成與分解的方法分析.(3)若撤去電場，帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，符合洛倫茲力提供向心力：

帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動的分階段計算【例證2】(2011·安徽高考)(16分)如圖所示，在以坐標(biāo)原點(diǎn)O為圓心、半徑為R的半圓形區(qū)域內(nèi)，有相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場方向垂直于xOy平面向里.一帶正電的粒子(不計重力)從O點(diǎn)沿y軸正方向以某一速度射入，帶電粒子恰好做勻速直線運(yùn)動，經(jīng)t0時間從P點(diǎn)射出.(1)求電場強(qiáng)度的大小和方向.(2)若僅撤去磁場，帶電粒子仍從O點(diǎn)以相同的速度射入，經(jīng)時間恰從半圓形區(qū)域的邊界射出.求粒子運(yùn)動加速度的大小.(3)若僅撤去電場，帶電粒子仍從O點(diǎn)射入，且速度為原來的4倍，求粒子在磁場中運(yùn)動的時間.【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(1)粒子在復(fù)合場中做勻速直線運(yùn)動時受力平衡.(2)在電場中粒子做類平拋運(yùn)動，應(yīng)用運(yùn)動的合成與分解分析.(3)在磁場中粒子做勻速圓周運(yùn)動，畫軌跡、求半徑、找角度.【規(guī)范解答】(1)設(shè)帶電粒子質(zhì)量為m，電荷量為q，初速度為v,電場強(qiáng)度為E，可判斷出粒子受到的洛倫茲力方向沿x軸負(fù)方向，由于粒子的重力不計且粒子受力平衡，故粒子受到的電場力和洛倫茲力大小相等，方向相反，即電場強(qiáng)度沿x軸正方向，且qE=qvB①(2分)R=vt0②(2分)解得(1分)(2)僅有電場時，帶電粒子在勻強(qiáng)電場中做類平拋運(yùn)動,在y軸方向做勻速直線運(yùn)動，位移為③(1分)由②③式得，設(shè)在水平方向位移為x，因射出位置在半圓形區(qū)域邊界上，于是,又因?yàn)榱Ｗ釉谒椒较蛏献鰟蚣铀僦本€運(yùn)動，則④(2分)解得⑤(2分)(3)射入磁場時入射速度v′=4v，帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動，設(shè)軌道半徑為r，由牛頓第二定律有⑥(2分)又有qE=qvB=ma⑦(1分)由②⑤⑥⑦得(1分)帶電粒子偏轉(zhuǎn)情況如圖,由幾何知識則帶電粒子在磁場中的運(yùn)動時間

(2分)答案：(1)沿x軸正方向(2)(3)【總結(jié)提升】帶電粒子在復(fù)合場中分階段運(yùn)動的規(guī)范求解1.一般解題步驟(1)弄清復(fù)合場的組成及分區(qū)域或分時間段的變化.(2)正確分析帶電粒子各階段的受力情況及運(yùn)動特征.(3)畫出粒子的運(yùn)動軌跡，靈活選擇相應(yīng)的運(yùn)動規(guī)律列式.(4)注意挖掘各階段的銜接條件和隱含條件，尋找解題的突破口.2.兩點(diǎn)注意(1)列式之前，應(yīng)指明粒子所處的不同階段組合場的情況，分析受力情況和運(yùn)動情況再列式計算，以免混淆.(2)要特別注意各階段的相互聯(lián)系，分析第一階段的末狀態(tài)和第二階段的初狀態(tài)之間的關(guān)系.【變式訓(xùn)練】(2012·無錫模擬)如圖所示,一帶電粒子質(zhì)量為m=2.0×10-11kg、電荷量q=+1.0×10-5C,從靜止開始經(jīng)電壓為U1=100V的電場加速后,水平進(jìn)入兩平行金屬板間的偏轉(zhuǎn)電場中,粒子射出電場時的偏轉(zhuǎn)角θ=60°,并接著沿半徑方向進(jìn)入一個垂直紙面向外的圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域,粒子射出磁場時的偏轉(zhuǎn)角也為θ=60°.已知偏轉(zhuǎn)電場中金屬板長L=cm,圓形勻強(qiáng)磁場的半徑R=cm,重力忽略不計.求:(1)帶電粒子經(jīng)U1=100V的電場加速后的速率;(2)兩金屬板間偏轉(zhuǎn)電場的電場強(qiáng)度E;(3)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小.【解析】(1)帶電粒子經(jīng)加速電場加速后速度為v1,根據(jù)動能定理:(2)帶電粒子在偏轉(zhuǎn)電場中只受電場力作用,做類平拋運(yùn)動.在水平方向粒子做勻速直線運(yùn)動.水平方向:帶電粒子在豎直方向做勻加速直線運(yùn)動,加速度為a,出電場時豎直方向速度為v2,且v2=at由幾何關(guān)系(3)設(shè)帶電粒子進(jìn)磁場時的速度大小為v,則由粒子運(yùn)動的對稱性可知,入射速度方向過磁場區(qū)域圓心,則出射速度反向延長線過磁場區(qū)域圓心,粒子在磁場中的運(yùn)動軌跡如圖所示則軌跡半徑為r=Rtan60°=0.3m由得答案：(1)1.0×104m/s(2)10000V/m(3)0.13T【變式備選】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.一束同位素離子流從狹縫S1射入速度選擇器，能夠沿直線通過速度選擇器并從狹縫S2射出的離子，又沿著與電場垂直的方向，立即進(jìn)入場強(qiáng)大小為E的偏轉(zhuǎn)電場，最后打在照相底片D上.已知同位素離子的電荷量為q(q＞0)，速度選擇器內(nèi)部存在著相互垂直的場強(qiáng)大小為E0的勻強(qiáng)電場和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場，照相底片D與狹縫S1、S2連線平行且距離為L，忽略重力的影響.(1)求從狹縫S2射出的離子速度v0的大?。?2)若打在照相底片上的離子在偏轉(zhuǎn)電場中沿速度v0方向飛行的距離為x，求出x與離子質(zhì)量m之間的關(guān)系式(用E0、B0、E、q、m、L表示).【解析】(1)能從速度選擇器中飛出的條件為qE0=qv0B0①解得②(2)離子進(jìn)入電場后做類平拋運(yùn)動,則qE=ma③x=v0t④⑤聯(lián)立②③④⑤解得答案:(1)(2)【例證】(2012·杭州模擬)如圖所示,電子顯像管由電子槍、加速電場、偏轉(zhuǎn)磁場及熒光屏組成.在加速電場右側(cè)有相距為d、長為l的兩平板,兩平板構(gòu)成的矩形區(qū)域內(nèi)存在方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場,磁場的右邊界與熒光屏之間的距離也為d.熒光屏中點(diǎn)O與加速電極上兩小孔S1、S2位于兩板的中線上.從電子槍發(fā)射質(zhì)量為m、電荷量為-e的電子,經(jīng)電壓為U0的加速電場后從小孔S2射出,經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后,最后打到熒光屏上.若l=d,不計電子在進(jìn)入加速電場前的速度.考查內(nèi)容帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動的實(shí)際應(yīng)用(1)求電子進(jìn)入磁場時的速度大小;(2)求電子到達(dá)熒光屏的位置與O點(diǎn)距離的最大值ym和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小.【規(guī)范解答】(1)設(shè)電子經(jīng)電場加速后的速度大小為v0,由動能定理得①②(2)電子經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后,沿直線運(yùn)動到熒光屏,電子偏轉(zhuǎn)的臨界狀態(tài)是恰好不撞在上板的右端,到達(dá)熒光屏的位置與O點(diǎn)距離即為最大值ym,如圖所示,有③④⑤注意到聯(lián)立上式可得⑥⑦答案:(1)(2)1.(2012·無錫模擬)帶電油滴以水平速度v0垂直進(jìn)入如圖所示的勻強(qiáng)磁場，恰做勻速直線運(yùn)動，如圖所示，若油滴質(zhì)量為m，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則下述說法正確的是()A.油滴必帶正電荷，電荷量為2mg/v0BB.油滴必帶負(fù)電荷,比荷q/m=g/v0BC.油滴必帶正電荷,電荷量為mg/v0BD.油滴帶什么電荷都可以,必須滿足q=mg/v0B【解析】選C.因?yàn)閹щ娪偷巫鰟蛩僦本€運(yùn)動,所受洛倫茲力豎直向上,由左手定則可知該油滴帶正電荷,且必有mg=qv0B,油滴的電荷量為q=mg/v0B,故C正確.2.如圖所示，一束粒子(不計重力，初速度可忽略)緩慢通過小孔O1進(jìn)入極板間電壓為U的水平加速電場區(qū)域Ⅰ，再通過小孔O2射入相互正交的恒定勻強(qiáng)電場、磁場區(qū)域Ⅱ，其中磁場的方向如圖所示，收集室的小孔O3與O1、O2在同一條水平線上.則()A.該裝置可篩選出具有特定質(zhì)量的粒子B.該裝置可篩選出具有特定電量的粒子C.該裝置可篩選出具有特定速度的粒子D.該裝置可篩選出具有特定動能的粒子【解析】選C.粒子要想無偏轉(zhuǎn)地通過區(qū)域Ⅱ,進(jìn)入收集室的小孔O3,需要滿足qE=qvB,即粒子的速度v=E/B,故C正確.3.(多選)在如圖所示的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場共存的區(qū)域內(nèi)(不計重力),電子可能沿水平方向向右做直線運(yùn)動的是()【解析】選B、C.若電子水平向右運(yùn)動,在A圖中電場力水平向左,洛倫茲力豎直向下,故不可能;在B圖中,電場力水平向左,洛倫茲力為零,故電子可能水平向右做勻減速直線運(yùn)動;在C圖中電場力豎直向上,洛倫茲力豎直向下,當(dāng)二者大小相等時,電子向右做勻速直線運(yùn)動;在D圖中電場力豎直向上,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,因此只有選項(xiàng)B、C正確.4.(多選)目前，世界上正在研究一種新型