第5課時-帶電粒子在組合、復合場中的運動省名師優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎課件市賽課百校聯(lián)賽優(yōu)質(zhì)課一等獎課件

第5課時帶電粒子在組合、復合場中運動(組合場、復合場及應用實例)1/602/601．知道速度選擇器、質(zhì)譜儀、盤旋加速器、磁流體發(fā)電機、電磁流量計、霍爾元件工作原理及應用．2．掌握帶電粒子在復合場中運動問題處理方法．3/604/605/606/607/608/609/60了解帶電粒子在復合場中運動這幾個實例時，一定要從其共性qE＝qvB出發(fā)．10/601．(年福建質(zhì)檢)盤旋加速器是加速帶電粒子裝置．其主體部分是兩個D形金屬盒，兩金屬盒處于垂直于盒底勻強磁場中，并分別與高頻交流電源兩極相連接，從而使粒子每次經(jīng)過兩盒間狹縫時都得到加速，如圖所表示．現(xiàn)要增大帶電粒子從盤旋加速器射出時動能，以下方法可行是(

A

)A．增大金屬盒半徑B．減小狹縫間距離C．增大高頻交流電壓D．減小磁場磁感應強度11/602．當前，世界上正在研究一個新型發(fā)電機叫磁流體發(fā)電機，如圖表示它原理：將一束等離子體噴射入磁場，在磁場中有兩塊金屬板A、B，這時金屬板上就會聚集電荷，產(chǎn)生電壓，以下說法錯誤是(

B

)A．B板帶正電B．A板帶正電C．其它條件不變，只增大射入速度，UAB增大D．其它條件不變，只增大磁感應強度，UAB增大12/603．(年廣東卷改編)如圖是質(zhì)譜儀工作原理示意圖．帶電粒子被加速電場加速后，進入速度選擇器．速度選擇器內(nèi)相互正交勻強磁場和勻強電場強度分別為B和E.平板S上有可讓粒子經(jīng)過狹縫P和統(tǒng)計粒子位置膠片A1A2.平板S下方有強度為B0勻強磁場．以下表述錯誤是(

D

)A．質(zhì)譜儀是分析同位素主要工具B．速度選擇器中磁場方向垂直紙面向外C．能經(jīng)過狹縫P帶電粒子速率等于E/BD．粒子打在膠片上位置越靠近狹縫P，粒子荷質(zhì)比越小13/6014/60帶電粒子在組合場中運動1．三種場力特點15/602.帶電粒子在勻強電場和勻強磁場中偏轉(zhuǎn)區(qū)分16/6017/603.在電場和磁場組合而成組合場中運動帶電粒子分別在兩個區(qū)域中做類平拋和勻速圓周運動，經(jīng)過連接點速度將兩種運動聯(lián)絡起來，普通可用類平拋和勻速圓周運動規(guī)律求解．另外，準確畫好運動軌跡圖是解題關(guān)鍵．18/60【例1】(年全國卷Ⅱ)(18分)如圖所表示，在寬度分別為l1和l2兩個毗鄰條形區(qū)域中分別有勻強磁場和勻強電場，磁場方向垂直于紙面向里，電場方向與電、磁場分界限平行向右．一帶正電荷粒子以速率v從磁場區(qū)域上邊界P點斜射入磁場，然后以垂直于電、磁場分界限方向進入電場，最終從電場邊界上Q點射出．已知PQ垂直于電場方向，粒子軌跡與電、磁場分界限交點到PQ距離為d.不計重力，求電場強度與磁感應強度大小之比以及粒子在磁場與電場中運動時間之比．19/6020/6021/6022/60這類問題處理思緒：23/60針對訓練1-1：(年南京市模擬)如圖所表示，在xOy平面內(nèi)第Ⅲ象限中有沿－y方向勻強電場，場強大小為E.在第Ⅰ和第Ⅱ象限有勻強磁場，磁場方向垂直于坐標平面向里，有一個質(zhì)量為m，電荷量為e電子，從y軸P點以大小為v0初速度垂直于電場方向進入電場，P點坐標為(0，)，經(jīng)電場偏轉(zhuǎn)后，與x軸負半軸成一定角度進入磁場，設磁感應強度B大小為.求：(1)電子經(jīng)過x軸負半軸坐標和此時速度方向與－x軸方向夾角；(2)電子再次經(jīng)過y軸負半軸坐標．24/6025/6026/60帶電粒子在復合場(疊加場)中運動情況1．直線運動自由帶電粒子(無軌道約束)在復合場(三場共存)中直線運動是勻速直線運動，除非運動方向沿磁場方向而不受洛倫茲力．這是因為電場力和重力都是恒力．當速度改變時，會引發(fā)洛倫茲力改變，協(xié)力也對應發(fā)生改變，粒子運動方向就要改變而做曲線運動．在詳細題目中，應依據(jù)F合＝0進行計算．2．勻速圓周運動當帶電粒子在復合場(三場共存)中，重力與電場力相平衡，粒子運動方向與勻強磁場方向垂直時，帶電粒子就做勻速圓周運動．此種情況下要同時應用平衡條件和向心力公式來進行分析．3．普通曲線運動當帶電粒子所受合外力是變力，且與初速度方向不在一條直線上時，粒子做非勻變速曲線運動，這時粒子運動軌跡不是圓弧，也不是拋物線，普通用動能定理或功效關(guān)系計算．27/6028/6029/6030/6031/6032/6033/60考點一：帶電粒子在電場、磁場中運動應用實例34/60答案：B.35/60考點二：帶電粒子在復合場中運動【例2】(能力題)(年天津卷)如圖所表示，直角坐標系xOy位于豎直平面內(nèi)，在水平x軸下方存在勻強磁場和勻強電場，磁場磁感應強度為B，方向垂直xOy平面向里，電場線平行于y軸．一質(zhì)量為m、電荷量為q帶正電小球，從y軸上A點水平向右拋出，經(jīng)x軸上M點進入電場和磁場，恰能做勻速圓周運動，從x軸上N點第一次離開電場和磁場，M、N之間距離為L，小球過M點時速度方向與x軸正方向夾角為θ.不計空氣阻力，重力加速度為g，求(1)電場強度E大小和方向；(2)小球從A點拋出時初速度v0大?。?3)A點到x軸高度h.36/6037/6038/6039/60(年寧夏、遼寧卷，25)如圖所表示，在第一象限有一勻強電場，場強大小為E，方向與y軸平行；在x軸下方有一勻強磁場，磁場方向與紙面垂直．一質(zhì)量為m、電荷量為－q(q>0)粒子以平行于x軸速度從y軸上P點處射入電場，在x軸上Q點處進入磁場，并從坐標原點O離開磁場．粒子在磁場中運動軌跡與y軸交于M點．已知OP＝l，OQ＝2l.不計重力，求：(1)M點與坐標原點O間距離；(2)粒子從P點運動到M點所用時間．40/6041/6042/60(1)本題考查帶電粒子在組合場中運動；(2)解本類題往往要用前一過程計算結(jié)果判斷下一過程，且要注意周期性、對稱性．43/6044/60【測控導航】考點題號1.應用實例32.組合場中運動問題5、83.復合場中運動問題1、2、4、6、7、945/601．如圖所表示，一個帶負電物體從粗糙斜面頂端滑到斜面底端時速度為v，若加上一個垂直紙面向外磁場，則滑到底端時(

B

)A．v變大B．v變小C．v不變D．不能確定解析：洛倫茲力即使不做功，但其方向垂直斜面向下，使物體與斜面間正壓力變大，故摩擦力變大，損失機械能增加．46/602．如圖所表示，空間內(nèi)存在著方向豎直向下勻強電場E和垂直紙面向里勻強磁場B，一個質(zhì)量為m帶電液滴，在豎直平面內(nèi)做圓周運動，以下說法錯誤是(

D

)A．液滴在運動過程中速率不變B．液滴所帶電荷一定為負電荷，電荷量大小為mg/EC．液滴一定沿順時針方向運動D．液滴能夠沿逆時針方向運動，也能夠沿順時針方向運動解析：因為受重力、電場力和洛倫茲力三個力作用，故圓周運動一定為勻速圓周運動，且有qE＝mg，液滴帶負電，洛倫茲力充當向心力，一定沿順時針方向運動，故ABC正確47/603．關(guān)于盤旋加速器加速帶電粒子所取得能量，以下結(jié)論中正確是(

A

)A．與加速器半徑相關(guān)，半徑越大，能量越大B．與加速器磁場相關(guān)，磁場越強，能量越小C．與加速器電場相關(guān)，電場越強，能量越大D．與帶電粒子質(zhì)量和電荷量均相關(guān)，質(zhì)量和電荷量越大，能量越大48/604．設空間中存在豎直向下勻強電場和垂直紙面向里勻強磁場，如圖所表示．已知一離子在電場力和洛倫茲力作用下，從靜止開始自A點沿曲線ACB運動，抵達B點時速度為零，C點是運動最低點，忽略重力，以下說法中錯誤是(

D

)A．這個離子必帶正電荷B．A點和B點位于同一高度C．離子在C點時速度最大D．離子達B點后將沿原路返回A點49/60解析：開始在A點時，因為離子靜止，它只受電場力，電場力使它取得加速度．經(jīng)很短時間，離子便取得速度，今后離子在受電場力同時，還受洛倫茲力，致使離子做曲線運動．由圖中曲線位于A點下方，可知離子在A點時加速度是向下，從而可知它所受電場力方向是向下，可見離子帶正電．在離子沿曲線運動過程中，因為只有電場力對離子做功，從而可知離子電勢能和動能總和守恒，由W＝qU可知，A、B兩點在電場中必處于同一等勢面上，也就是它們距負極板距離相等，因為負極板是水平，因而A、B位于同一高度．在運動過程中，由離子電勢能和動能總和守恒及離子在C點電勢能最小可知，離子在C點動能應為最大．離子帶正電，它達B點后因為靜止而只受向下電場力，其加速度也是向下．待離子取得很小速度后，依據(jù)左手定則，它所受洛倫茲力應是向右，離子應向右偏離，不可能沿原路返回A點．50/6051/606．如圖所表示是速度選擇器示意圖，若要正常工作，則以下敘述正確是(

D

)A．P1電勢必須高于P2電勢B．磁感應強度B、電場強度E和被選擇粒子速率v應滿足v＝BEC．從S2出來只能是正電荷，不能是負電荷D．若把磁場和電場方向都改變?yōu)樵瓉硐喾捶较?，速度選擇器一樣正常工作52/6053/607．(年江南十校聯(lián)考)如圖所表示裝置可測離子比荷(荷質(zhì)比)．離子源A產(chǎn)生初速度可忽略不計正離子，被電壓為U0加速電場加速后勻速經(jīng)過準直管，然后從O點垂直射入勻強偏轉(zhuǎn)電場，能恰好從HM極板上小孔S射出，馬上進入垂直紙面向外磁感應強度為B勻強磁場區(qū)，最終打在水平放置底片D1D2D點(底片右端D1緊靠小孔S)．已知HO＝d，HS＝2d，DS＝L，忽略離子所受重力．試求(1)偏轉(zhuǎn)電場場強E大?。?2)離子比荷．54/6055/608．如圖所表示為一個質(zhì)譜儀示意圖，由加速電場、靜電分析器和磁分析器組成．已知：靜電分析器通道半徑為R，均勻輻射電場場強為E.磁分析器中有垂直紙面向外勻強磁場，磁感應強度為B.忽略重力影響．問：(1)為了使位于A處電荷量為q、質(zhì)量為m離子，從靜止開始經(jīng)加速電場加速后沿圖中圓弧虛線經(jīng)過靜電分析器，加速電場電壓U應為多大？(2)離子由P點進入磁分析器后，最終打在感光膠片上Q點，該點距入射點P多遠？56/6057/609．(拓展探究題)如圖，一質(zhì)量為m、電荷量為＋q帶電小環(huán)套在光滑