高考物理一轮总复习 专题八 第3讲 带电粒子在复合场中的运动课件 新人教版.ppt

第3讲带电粒子在复合场中的运动,一、复合场与组合场1.复合场：_、_、_共存，或其中,某两种场共存区域.,电场,磁场,重力场,2.组合场：_与_各位于一定的区域内，并不重叠，或在同一区域内，电场、磁场分时间段或分区域交替,出现.,电场,磁场,3.重力考虑与否分三种情况,很小,忽略,(1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等一般不做特殊交代就可以不计其重力，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比_，可以_；而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、金属块等不做特殊交代时就应当考虑其重力.(2)在题目中有明确交代的是否要考虑重力的，这种情况比较正规，也比较简单.(3)对未知的带电粒子其重力是否可忽略又没有明确时，可采用假设法判断，假设重力计或者不计，结合题给条件得出的结论若与题意相符则假设正确，否则假设错误.,二、带电粒子在复合场中运动的实例1.质谱仪(1)用途：测量带电粒子的质量和分析同位素.(2)原理：如图8-3-1所示，先用电场加速，再进入磁场偏,图8-3-1,2.回旋加速器(1)用途：产生大量高能量带电粒子.(2)原理：如图8-3-2所示，电场用来对粒子加速，磁场用来使粒子回旋从而能反复加速；回旋加速器中所加交变电压的频率f与带电粒子做匀速圆周运动的频率相等；回旋加速器最,度一定的情况下，回旋加速器的半径R越大，,粒子的能量就越大.,图8-3-2,3.速度选择器(如图8-3-3所示)图8-3-3(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直.这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器.(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE,qvB，即v_，与粒子的电性、电荷量和质量无关.,4.磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为,电能.,正,(2)根据左手定则，如图8-3-4所示的B板是发电机_极.图8-3-4(3)磁流体发电机两极板间的距离为l，等离子体速度为v，磁场磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差UBlv.,5.电磁流量计电磁流量计的构造和原理：如图8-3-5所示，一圆形(也可是其他形状)导管的直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体在管内流动，导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下发生偏转，使a、b间出现电势差.当自由电荷所受到的电场力与洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定.,图8-3-5,考点1,带电粒子在组合场中的运动,重点归纳1.在匀强电场、匀强磁场中可能的运动性质,2.“电偏转”和“磁偏转”的比较,(续表),典例剖析,例1：(2015年广东惠州一调)如图8-3-6所示.一电子(其重力不计，质量为m、电荷量为e)由静止开始，经加速电场加速后，水平向右从两板正中间射入偏转电场.偏转电场由两块水平平行放置的长为l、相距为d的导体板组成，当两板不带电时，电子通过两板之间的时间为t0，当在两板间加电压为U0时，电子可射出偏转电场，并射入垂直纸面向里的匀强磁场，最后打在磁场右侧竖直放置的荧光屏上.磁场的水平宽度为s，竖直高度足够大.求：,(1)加速电场的电压.,(2)电子在离开偏转电场时的侧向位移.,(3)要使电子能垂直打在荧光屏上，匀强磁场的磁感应强度,为多大？,图8-3-6,思维点拨：(1)根据粒子在偏转电场中水平方向上做匀速直线运动，求出水平速度，通过动能定理求出加速电场的电压.(2)根据电子在偏转电场中水平方向上做匀速直线运动，竖直方向上做匀加速直线运动，抓住等时性，结合牛顿第二定律和运动学公式求出侧向位移.(3)结合粒子在磁场中运动的轨道半径，通过洛伦兹力提供向心力求出磁感应强度的大小.,(3)设电子从偏转电场中射出时的偏向角为，要使电子垂直打在荧光屏上，则电子在磁场中运动半径应为,备考策略：粒子垂直电场方向进入电场做类平抛运动，首先对运动进行分解，在两个分运动上求出分位移和分速度，然后再合成来解决问题.“切换”到偏转磁场时，运动的轨迹、性质等发生变化，自然地，我们又把目光转向粒子在磁场中做匀速圆周运动，可以根据进出磁场的速度方向确定轨迹圆心，根据几何关系求出轨道半径和运动时间.两场区“切换”时，抓住边界“切换”点的速度方向是解题的关键所在.,【考点练透】1.(2014年大纲卷)如图8-3-7所示，在第一象限存在匀强磁场，磁感应强度方向垂直于纸面(xOy平面)向外；在第四象限存在匀强电场，方向沿x轴负向.在y轴正半轴上某点以与x轴正向平行、大小为v0的速度发射出一带正电荷的粒子，该粒子在(d,0)点沿垂直于x轴的方向进入电场.不计重力，若该粒子离开电场时速度方向与y轴负方向的夹角为，求：,图8-3-7,(1)电场强度大小与磁感应强度大小的比值.(2)该粒子在电场中运动的时间.,解：(1)如图D48所示，粒子进入磁场后做匀速圆周运动.设磁感应强度的大小为B，粒子质量与所带电荷量分别为m和q，圆周运动的半径为R0.由洛伦兹力公式及牛顿第二定律得,图D48,由题给条件和几何关系可知R0d,设电场强度大小为E，粒子进入电场后沿x轴负方向的加速度大小为ax，在电场中运动的时间为t，离开电场时沿x轴负方向的,速度大小为vx.由牛顿第二定律及运动学公式得Eqmax,vxaxt由于粒子在电场中做类平抛运动(如图)，有,联立式得,图8-3-8,图D49,代入数据得U60V故加速电压的最小值为60V.,考点2,带电粒子在复合场中的运动,重点归纳1.三种场力的特点,2.常用结论,(1)带电粒子在三个场共同作用下做匀速圆周运动：必然是,电场力和重力平衡，而洛伦兹力充当向心力.,(2)带电粒子在三个场共同作用下做直线运动：重力和电场力是恒力，它们的合力也是恒力.当带电粒子的速度平行于磁场时，不受洛伦兹力，因此可能做匀速运动也可能做匀变速运动；当带电粒子的速度垂直于磁场时，一定做匀速运动.,典例剖析,例2：(2016年吉林长春外国语学校质检)如图8-3-9所示，直角坐标系xOy位于竖直平面内，在第四象限存在匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度为B，方向垂直xOy平面向里，电场线平行于y轴，一质量为m，电荷量大小为q的带负电的小球，从y轴上的A点水平向右抛出，经x轴上的M点进入电场和磁场，恰能做匀速圆周运动，最后从y轴上的N点沿垂直于y轴的方向离开电场和磁场，ON之间的距离为L.小球过M点时速度方向与x轴正方向夹角为，不计空气阻力，重力加速度为g，求：,图8-3-9,(1)电场强度E的大小和方向.,(2)小球从A点抛出时初速度v0的大小.(3)A点到x轴的高度h.,思维点拨：由题意可知，由A点到M点小球做平抛运动，进入复合场后，小球所受重力和电场力平衡，洛伦兹力为小球做圆周运动提供向心力.解：(1)小球在电场、磁场中恰好做匀速圆周运动，其所受,竖直向下，电场力的方向应竖直向上，由于小球带负电，则电场强度方向竖直向下.,(2)小球做匀速圆周运动，如图8-3-10所示，设半径为R，由几何关系得图8-3-10,由速度的合成与分解知v0vcos由式解得,小球做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，设小球做匀速圆周运动的速率为v，则有,备考策略：处理这类综合题，应把握以下几点：(1)熟悉电场力、磁场力大小的计算和方向的判别.(2)熟悉带电粒子在匀强电场、匀强磁场中的基本运动，如加速、偏转、匀速圆周运动等.(3)通过详细地分析带电体运动的全部物理过程，找出与此过程相应的受力情况及物理规律，遇到临界情况或极值情况，则要全力找出出现此情况的条件.(4)在“力学问题”中，主要应用牛顿运动定律结合运动学公式、动能定理、动量定理和动量守恒定律等规律来处理.,【考点练透】,3.(2014年福建卷)如图8-3-11所示，某一新型发电装置的发电管是横截面为矩形的水平管道，管道的长为L、宽为d、高为h，上下两面是绝缘板，前后两侧面M、N是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S和定值电阻R相连.整个管道置于磁感应强度大小为B，方向沿z轴正方向的匀强磁场中.管道内始终充满电阻率为的导电液体(有大量的正、负离子)，且开关闭合前后，液体在管道进、出口两端压强差的作用下，均以恒定,速率v0沿x