202X學(xué)年高中物理第三章磁場專題突破與題型專練帶電粒子在復(fù)合場中的運動課件新人教版選修3-1

專題突破與題型專練帶電粒子在復(fù)合場中的運動題型核心探究題型一:帶電粒子在復(fù)合場中的運動實例分析應(yīng)用實例1:電磁流量計(1)流量(Q)的定義:單位時間流過導(dǎo)管某一截面的導(dǎo)電液體的體積.(2)公式:Q=Sv,S為導(dǎo)管的截面積,v是導(dǎo)電液體的流速.應(yīng)用實例2:磁流體發(fā)電機(如圖)(1)原理:等離子氣體噴入磁場,正負(fù)離子在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)而聚集在A,B板上,產(chǎn)生電勢差,它可以把離子的動能通過磁場轉(zhuǎn)化為電能.(2)電源正、負(fù)極判斷:根據(jù)左手定那么可判斷出圖中的B是發(fā)電機的正極.(3)電源電動勢U:設(shè)A,B平行金屬板的面積為S,兩極板間的距離為l,磁場磁感應(yīng)強度為B,等離子氣體的電阻率為ρ,噴入氣體的速度為v,板外電阻為R.當(dāng)正、負(fù)離子所受靜電力和洛倫茲力平衡時,兩極板間到達(dá)的最大電勢差為U(即電源電動勢),那么q=qvB,即U=Blv.(4)電源內(nèi)阻:r=.(5)回路電流:I=.【例1】(多項選擇)為監(jiān)測某化工廠的含有離子的污水排放情況,技術(shù)人員在排污管中安裝了監(jiān)測裝置,該裝置的核心局部是一個用絕緣材料制成的空腔,其寬和高分別為b和c,左、右兩端開口與排污管相連,如下圖.在垂直于上、下底面方向加磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場,在空腔前、后兩個側(cè)面上各有長為a的相互平行且正對的電極M和N,M,N與內(nèi)阻為R的電流表相連.污水從左向右流經(jīng)該裝置時,電流表將顯示出污水排放情況.以下說法中正確的選項是()A.M板比N板電勢低B.污水中離子濃度越高,那么電流表的示數(shù)越小C.污水流量越大,那么電流表的示數(shù)越大D.假設(shè)只增大所加磁場的磁感應(yīng)強度,那么電流表的示數(shù)也增大答案:ACD【針對訓(xùn)練1】(多項選擇)如圖是磁流體發(fā)電機的裝置,a,b組成一對平行電極,兩板間距為d,板平面的面積為S,內(nèi)有磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場.現(xiàn)持續(xù)將一束等離子體(即高溫下電離的氣體,含有大量帶正電和負(fù)電的微粒,而整體呈中性),垂直磁場噴入,每個離子的速度為v,負(fù)載電阻阻值為R,當(dāng)發(fā)電機穩(wěn)定發(fā)電時,負(fù)載中電流為I,那么()A.a板電勢比b板電勢低B.磁液體發(fā)電機的電動勢E=BdvC.負(fù)載電阻兩端的電壓大小為BdvD.兩板間等離子體的電阻率ρ=BD題型二:帶電粒子在組合場中的運動帶電粒子在組合場中的運動問題的分析方法(1)帶電粒子依次通過不同場區(qū)時,因其受力情況隨區(qū)域而變化,故其運動規(guī)律在不同區(qū)域也有所不同.(2)(3)聯(lián)系不同階段的運動的物理量是速度,因此帶電粒子在兩場分界點上的速度是解決問題的關(guān)鍵.【例2】(2021·邢臺高二檢測)在如下圖的坐標(biāo)系中,y>0的區(qū)域內(nèi)存在著沿y軸正方向,電場強度為E的勻強電場,y<0的區(qū)域內(nèi)存在著垂直紙面向里的勻強磁場,一帶負(fù)電粒子從y軸上的P(0,h)點以沿x軸正方向的初速度射出,通過x軸上的D(2h,0)點并恰好能回到P點.帶電粒子的質(zhì)量為m,帶電荷量為q,不計重力的影響,求:(1)粒子初速度的大小v0;(2)勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小B;(3)粒子從P點出發(fā)到第一次回到P點的時間t.?思維導(dǎo)圖?對這類問題,首先要弄清帶電粒子在各種場中單獨運動的規(guī)律,特別是在磁場中運動的規(guī)律,如半徑和圓心確實定,然后結(jié)合題目所給條件,研究粒子在邊界上的運動情況,最后把幾個分運動結(jié)合在一起.方法總結(jié)(1)粒子在磁場中運動速度的大小;(2)勻強電場的電場強度大小;(3)帶電粒子再次回到y(tǒng)軸所用的時間.題型三:帶電粒子在疊加場中的運動1.三種場力的特點(1)重力的方向始終豎直向下,重力做功與路徑無關(guān),重力做的功等于重力勢能的減少量.(2)靜電力的方向與電場方向一樣或相反,靜電力做功與路徑無關(guān),靜電力做的功等于電勢能的減少量.(3)洛倫茲力的大小和速度方向與磁場方向的夾角有關(guān),方向始終垂直于速度v和磁感應(yīng)強度B共同決定的平面.無論帶電粒子做什么運動,洛倫茲力始終不做功.2.帶電粒子在疊加場中的運動規(guī)律及解決方法(1)帶電粒子在疊加場中處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)時,帶電粒子所受合力為零,應(yīng)利用平衡條件列方程求解.(2)帶電粒子做勻速圓周運動時,重力和靜電力平衡,洛倫茲力提供向心力,應(yīng)利用平衡方程和向心力公式求解.(3)當(dāng)帶電粒子在疊加場中做非勻變速曲線運動時,帶電粒子所受洛倫茲力必不為零,且其大小和方向不斷變化,但洛倫茲力不做功,這類問題一般應(yīng)用動能定理求解.【例3】(2021·大連高二質(zhì)檢)質(zhì)量為m,帶電荷量為q的液滴以速度v沿與水平方向成45°角斜向上進(jìn)入正交的勻強電場和勻強磁場疊加區(qū)域,電場強度方向水平向右,磁場方向垂直紙面向里,如下圖.液滴帶正電荷,在重力、靜電力及磁場力共同作用下在場區(qū)做直線運動.重力加速度為g.試求:(1)電場強度E和磁感應(yīng)強度B各多大??思路探究?(1)液滴做直線運動滿足的受力條件是什么?是否為勻速直線運動?答案:(1)重力、靜電力、洛倫茲力三力平衡,合力為零,且一定為勻速直線運動.(2)當(dāng)液滴運動到某一點A時,電場方向突然變?yōu)樨Q直向上,大小不改變,不考慮因電場變化而產(chǎn)生的影響,求此后液滴做圓周運動的半徑.?思路探究?(2)液滴做圓周運動的受力條件是什么?(2)重力、靜電力等大反向,僅由洛倫茲力提供向心力做勻速圓周運動.帶電粒子(體)在疊加場中的運動問題求解要點(1)受力分析是根底.在受力分析時是否考慮重力必須注意題目條件.(2)運動過程分析是關(guān)鍵.在運動過程分析中應(yīng)注意物體做直線運動、曲線運動及圓周運動、類平拋運動的條件.(3)構(gòu)建物理模型是難點,根據(jù)不同的運動過程及物理模型選擇適宜的物理規(guī)律列方程求解.方法總結(jié)【針對訓(xùn)練3】一帶電微粒在如下圖的正交勻強電場和勻強磁場中的豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動,求:(1)該帶電微粒的電性;(2)該帶電微粒的旋轉(zhuǎn)方向;解析:(1)帶電微粒在重力場、勻強電場和勻強磁場中做勻速圓周運動,可知,帶電微粒受到的重力和靜電力是一對平衡力,重力豎直向下,所以靜電力豎直向上,與電場方向相反,故可知帶電微粒帶負(fù)電荷.(2)磁場方