高考物理大一轮复习 第八章 第3讲 带电粒子在复合场中的运动课件.ppt

磁场 第八章 第3讲带电粒子在复合场中的运动 一 复合场1 复合场 1 叠加场 电场 重力场共存 或其中某两场共存 2 组合场 电场与磁场各位于一定的区域内 并不重叠或在同一区域 电场 磁场 出现 磁场 交替 2 常见的运动情况 1 带电粒子在复合场中所受的合外力为零时 粒子将处于 状态或做 运动 2 当带电粒子所受的合外力时刻指向某个点充当向心力且合外力大小不变时 粒子将做 运动 如电场力和重力相平衡 洛伦兹力提供向心力 3 当带电粒子所受的合外力大小 方向均不断发生变化时 则粒子将做非匀变速曲线运动 4 带电粒子在绝缘杆或者绝缘斜面的束缚下的运动 静止 匀速直线 匀速圆周 跟踪训练 1 多选 如图8 3 1所示 有一混合正离子束先后通过正交的电场 磁场区域 和匀强磁场区域 如果这束正离子流在区域 中不偏转 进入区域 后偏转半径r相同 则它们一定具有相同的 图8 3 1a 速度b 质量c 电荷量d 比荷 答案 ad 二 带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例1 质谱仪 1 构造 如图8 3 2所示 由粒子源 和照相底片等构成 图8 3 2 加速电场 偏转磁场 2 回旋加速器 1 构造 如图8 3 3所示 d1 d2是半圆形金属盒 d形盒的缝隙处接 电源 d形盒处于匀强磁场中 图8 3 3 交流 特别提醒 这两个实例都应用了带电粒子在电场中加速 在磁场中偏转 匀速圆周运动 的原理 电场加速磁场偏转 相等 磁感应强度b 半径r 无关 非磁性材料 qe 4 霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体 当 与电流方向垂直时 导体在与磁场 电流方向都垂直的方向上出现了 这种现象称为霍尔效应 所产生的电势差称为霍尔电势差 其原理如图8 3 5所示 图8 3 5 磁场方向 电势差 5 磁流体发电机 1 磁流体发电是一项新兴技术 它可以把 直接转化为电能 2 根据左手定则 图8 3 6中的b是发电机的 图8 3 6 内能 正极 blv 跟踪训练 2 多选 如图8 3 7甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图 其核心部分是两个d形金属盒 在加速带电粒子时 两金属盒置于匀强磁场中 两盒分别与高频电源相连 带电粒子在磁场中运动的动能ek随时间t的变化规律如图8 3 7乙所示 忽略带电粒子在电场中的加速时间 则下列判断正确的是 图8 3 7a 在ek t图中应有t4 t3 t3 t2 t2 t1b 高频电源的变化周期应该等于tn tn 1c 粒子加速次数越多 粒子最大动能一定越大d 要想粒子获得的最大动能越大 可增加d形盒的面积 答案 ad 答案 b 4 多选 磁流体发电机原理如图8 3 9所示 等离子体以v高速从左向右喷射 两极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场 磁感应强度为b 两板间距为d 则下列说法正确的是 a 该发电机上板为正极b 该发电机上板为负极c 两板间最大电压u bdvd 两板间最大电压u ed 答案 ac 图8 3 9 1 带电粒子在叠加场中无约束情况下的运动情况分类 1 磁场力 重力并存 若重力和洛伦兹力平衡 则带电体做匀速直线运动 若重力和洛伦兹力不平衡 则带电体将做复杂的曲线运动 因洛伦兹力不做功 故机械能守恒 由此可求解问题 带电粒子在复合场中的运动 2 电场力 磁场力并存 不计重力的微观粒子 若电场力和洛伦兹力平衡 则带电体做匀速直线运动 若电场力和洛伦兹力不平衡 则带电体将做复杂的曲线运动 因洛伦兹力不做功 可用动能定理求解问题 3 电场力 磁场力 重力并存 若三力平衡 一定做匀速直线运动 若重力与电力平衡 一定做匀速圆周运动 若合力不为零且与速度方向不垂直 将做复杂的曲线运动 因洛伦兹力不做功 可用能量守恒或动能定理求解问题 2 带电粒子在复合场中有约束情况下的运动带电体在复合场中受轻杆 轻绳 圆环 轨道等约束的情况下 常见的运动形式有直线运动和圆周运动 此时解题要通过受力分析明确变力 恒力做功情况 并注意洛伦兹力不做功的特点 运用动能定理 能量守恒定律结合牛顿运动定律求出结果 如图8 3 10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 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 图8 3 10 答案见解析 总结解决带电粒子在组合场中运动问题的思路方法 单选 2015年长沙模拟 如图8 3 12所示 在匀强电场和匀强磁场共存的区域内 电场的场强为e 方向竖直向下 磁场的磁感应强度为b 方向垂直于纸面向里 一质量为m的带电粒子 在场区内的一竖直平面做匀速圆周运动 则可判断该带电质点 答案 c 图8 3 12 如图8 3 13所示 平行金属板倾斜放置 ab长度为l 金属板与水平方向的夹角为 一电荷量为 q 质量为m的带电小球以水平速度v0进入电场且做直线运动 到达b点 离开电场后 进入如图所示的电磁场 图中电场未画出 区域做匀速圆周运动 并竖直向下穿出电磁场 磁感应强度为b 求 图8 3 13 1 带电小球进入电磁场区域时的速度v 2 带电小球进入电磁场区域运动的时间 3 重力在电磁场区域对小球所做的功 图8 3 14 一题一得本题关键是分析带电小球在金属板间受力的特点 得出从a到b合力做功 其次是明白带电小球进入电磁场后做匀速圆周运动 一定是重力与电场力平衡 多选 2015年揭阳模拟 如图8 3 15所示 一个带正电的滑环套在水平且足够长的粗糙的绝缘杆上 整个装置处于方向如图所示的匀强磁场中 现给环一个水平向右的初速度v 则环在杆上的运动情况可能的是 a 始终做匀速运动b 始终做减速运动 最后静止于杆上c 先做加速运动 最后做匀速运动d 先做加速运动 后做减速运动 答案 ab 图8 3 15 单选 如图8 3 16所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置的示意图 速度选择器 也称滤速器 中场强e的方向竖直向下 磁感应强度b1的方向垂直纸面向里 分离器中磁感应强度b2的方向垂直纸面向外 在s处有甲 乙 丙 丁4个一价正离子垂直于e和b1入射到速度选择器中 若m甲 m乙 m丙 m丁 v甲 v乙 v丙 v丁 在不计重力的情况下 则分别打在p1 p2 p3 p4四点的离子分别是 质谱仪 a 甲 乙 丙 丁b 甲 丁 乙 丙c 丙 丁 乙 甲d 甲 乙 丁 丙 图8 3 16 答案b 目前有一种磁强计 用于测定地磁场的磁感应强度 磁强计的原理如图8 3 17所示 电路有一段金属导体 它的横截面是宽为a 高为b的长方形 放在沿y轴正方向的匀强磁场中 导体中通有沿x轴正方向 大小为i的电流 已知金属导体单位体积中的自由电子数为n 电子电荷量为e 金属导电过程中 自由电子所做的定向移动可视为匀速运动 两电极m n均与金属导体的前后两侧接触 用电压表测出金属导体前后两个侧面间的电势差为u 则磁感应强度的大小和电极m n的正负为 考查电磁流量计 磁流体发电机等新科技知识 图8 3 17 答案c 多选 北半球某处 地磁场的水平分量b1 0 8 10 4t 竖直分量b2 0 5 10 4t 海水向北流动 海洋工作者测量海水的流速时 将两极