广东省2012届高考物理二轮专题总复习课件：专题4 第3讲 带电粒子(体)在复合场中的运动 (共33张PPT).ppt

专题四圆周类问题,第3讲带电粒子(体)在复合场中的运动,(1)粒子在电场中的运动，当v0=0或v0沿电场线所在直线时，粒子将在静电力作用下做匀变速直线运动，可应用牛顿运动定律和匀变速直线运动的规律求解当v0与电场线垂直时，粒子将做类平抛运动，可应用牛顿运动定律和类平抛运动的规律求解带电粒子在匀强电场中的运动，还可以从功和能的角度求解，即应用动能定理qU=mv2求解,1带电粒子通过空间相互衔接的匀强电场和匀强磁场,(2)进入磁场后，若粒子速度平行于磁感线，则粒子做匀速直线运动，若粒子速度垂直于磁感线，则粒子做匀速圆周运动注意：粒子由电场进入磁场时，电场中的末速度是磁场中的初速度由磁场进入电场时，磁场中的末速度是电场中的初速度，即注意粒子在电、磁场衔接处的运动状态由于圆周运动是周期性运动，有可能使带电粒子在磁场中运动一段时间后又重新进入电场从而在电场和磁场中交替运动这时，一定要注意运动在时间和空间上的周期性，并求出相应的周期,【例1】(双选)如图所示，环型对撞机是研究高能粒子的重要装置正、负离子由静止经过电压为U的直线加速器加速后，沿圆环切线方向注入对撞机的真空环状空腔内，空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为B.两种带电粒子将被局限在环状空腔内，沿相反方向做半径相等的匀速圆周运动，从而在碰撞区迎面相撞，为维持带电粒子在环状空腔中的匀速圆周运动，下列说法正确的是(),A对于给定的加速电压，带电粒子的比荷越大，磁感应强度B越大B对于给定的加速电压，带电粒子的比荷越大，磁感应强度B越小C对于给定的带电粒子，加速电压U越大，粒子运动的周期越小D对于给定的带电粒子，不管加速电压U多大，粒子运动的周期都不变,(1)电场既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的速度方向；而洛伦兹力只能改变电荷运动的速度方向，不能改变速度大小(2)静电力可以对电荷做功，能改变电荷的动能；洛伦兹力不能对电荷做功，不能改变电荷的动能(3)匀强电场中运动电荷在静电力的作用下做类平抛运动，偏转轨迹为抛物线；匀强磁场中运动电荷在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，偏转轨迹为圆弧,2“电偏转”和“磁偏转”的区别,【例2】如图所示，正离子束以一定的速度从a点沿ad方向射入虚线所画的正方形区域如果在该区域中加沿ab方向的匀强电场E，离子束刚好从c点射出如撤去电场加一匀强磁场B，B的方向垂直纸面向外，离子束也刚好从c点射出，则离子束原来的速度为_,【同类变式】如图所示，在第一象限有一匀强电场，场强大小为E，方向与y轴平行；在x轴下方有一匀强磁场，磁场方向与纸面垂直一质量为m、电荷量为-q(q0)的粒子以平行于x轴的速度从y轴上的P点处射入电场，在x轴上的Q点处进入磁场，并从坐标原点O离开磁场粒子在磁场中的运动轨迹与y轴交于M点已知OP=l，OQ=2L.不计重力求(1)M点与坐标原点O间的距离；(2)粒子从P点运动到M点所用的时间,4带电粒子在正交的电场、磁场、重力场中的运动,(1)粒子做匀速直线运动，应用三力平衡求解由于重力大小一定，方向竖直向下静电力、洛伦兹力的合力一定竖直向上，是重力的平衡力或建立竖直、水平坐标系，静电力、重力、洛伦兹力的竖直分力和水平分力相互平衡(2)粒子做直线运动，即粒子的运动方向不变速度大小可能增、减、也可能不变此时，一定是垂直于速度方向上的三个力的合力为零(3)粒子在竖直平面内做匀速圆周运动，显然，静电力竖直向上，重力和静电力二力平衡，粒子在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动,【例3】如图所示，水平向右的匀强电场场强为E，垂直纸面向里的水平匀强磁场磁感应强度为B，一带电量为q的液滴质量为m，在重力、电场力和洛伦兹力作用下做直线运动，下列关于带电液滴的性质和运动的说法中不正确的是()A液滴可能带负电B液滴一定做匀速直线运动C不论液滴带正电或负电，运动轨迹为同一条直线D液滴不可能在垂直电场的方向上运动,【解析】本题考查了带电粒子在复合场中的运动因电场线水平，而题中提到粒子做直线运动，说明粒子受到的三力必须平衡才可，B项正确；若粒子带正电，电场力向右，洛伦兹力方向偏左斜向上，粒子运动方向与洛伦兹力垂直，若粒子带负电，电场力向左，洛伦兹力方向偏右斜向上，粒子运动方向与洛伦兹力垂直，C项错误，D项正确【答案】C,【同类变式】如图所示，直角坐标系xOy位于竖直平面内，在水平的x轴下方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、电荷量为q的带正电的小球，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，从x轴上的N点第一次离开电场和磁场，MN之间的距离为L，小球过M点时的速度方向与x轴的方向夹角为q.不计空气阻力，重力加速度为g，求：(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.,有些题目没有明确说明运动过程，此时要从能量角度分析，首先要注意各种力做功的特点：(1)静电力和重力做功与路径无关(2)洛伦兹力对带电粒子不做功从能量转化的观点来看，电势能的变化等于粒子克服静电力做的功，重力势能的变化等于微粒克服重力所做的功有时还要注意对运动的独立性原理进行灵活应用,5从功与能量转化的关系角度分析问题,【例5】如图所示，竖直平面xOy内存在水平向右的匀强电场，场强大小E=10N/C，在y0的区域内还存在垂直于坐标平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小B=0.5T.一带电量q=+0.2C、质量m=0.4kg的小球由长L=0.4m的细线悬挂于P点，小球可视为质点，现将小球拉至水平位置A无初速释放，小球运动到悬点P正下方的坐标原点O时，悬线突然断裂，此后小球又恰好能通过O点正下方的N点(g=10m/s2)，求：,(1)小球运动到O点时的速度大小；(2)悬线断裂前瞬间拉力的大小；(3)ON间的距离,【评析】在任何情况下，洛伦兹力都不做功，但受力分析时需考虑洛伦兹力,【同类变式】如图439所示，质量为m，带电荷量为q的带正电粒子(不计重力)，以初速度v0垂直进入相互正交的匀强电场E和匀强磁场B中，从P点离开该区域，此时的侧向位移为s，则(),如图所示，带电粒子(设初速度为零)经加速电压为U的加速电场加速，由动能定理qU=mv2，加速后得到的速度为v=，再垂直于磁场方向射入同一匀强磁场，在磁场中做匀速圆周运动，经半个圆周打到照相底片上，带电粒子运动半径r=，由于B与U的值是预先设定的，若已知粒子带电荷量q，则可测出该带电粒子的质量m=，所以质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具,6对质谱仪和回旋加速器工作原理的理解,回旋加速器的结构如图所示，A和B是封在高度真空室内的两个半圆形盒，常称为D形盒将D形盒与交流电源连接，在其缝隙内便产生交变电场两个电极放在电磁铁的两个磁极之间，便在垂直于电极板平面的方向上有一恒定的匀强磁场的作用如将带电粒子引入两盒中央的P点，设这时电场恰好由A向B，粒子被加速进入A盒；粒子在盒内因受到磁场的作用而做圆周运动，待其运动到缝隙边时，电场恰好换向，粒子再次被加速而进入B盒，这样粒子一次又一次被加速，半径也一次次增大，最后被引出，形成高能粒子流,注意：缝隙很小，加速时间忽略不计，交流电压的周期为T=，必须与带电粒子做匀速圆周运动的周期相同，这样才能实现一直加速,【例6】(双选)如图4312是质谱仪的工作原理示意图带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场下列表述正确的是()A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里C能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于D粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小,【同类变式】(201