高考核动力高考物理一轮复习 8.3带电粒子在复合场中的运动课件.ppt

第3单元带电粒子在复合场中的运动 填一填 1 复合场是指磁场与电场共存的场 或电场与重力场共存的场 或磁场与重力场共存的场 或 共存的场 2 基本运动性质 1 若带电粒子受合外力为零 它将处于状态 2 若带电粒子受合外力只充当向心力 它将做 3 若带电粒子受合外力恒定 它将做 4 若带电粒子受合外力不恒定 它将做运动 1 粒子速度选择器如图所示 粒子经加速电场后得到一定的速度v0 进入正交电场和磁场 受到的电场力与洛伦兹力方向 若使粒子沿直线从右边孔中出去 则有 qe v0 2 霍尔效应 1 定义 如图所示 高h 宽为d的导体置于匀强磁场b中 当电流通过导体时 在导体板的上表面a和下表面a 之间产生电势差 这种现象称为 此电压称为霍尔电压 2 公式推导 设导体中自由电荷 载流子 是自由电子 图中电流方向向右 则电子受洛伦兹力方向向上 在上表面a积聚电子 则qbv e 电势差u eh 又i s为导体的横截面积s hd 得v 所以u bhv 练一练 1 mn板两侧都是磁感强度为b的匀强磁场 方向如下图所示 带电粒子从a位置以垂直磁场方向的速度开始运动 依次通过小孔b c d 已知ab bc cd 粒子从a运动到d的时间为t 则粒子的比荷为 答案 a 2 某空间存在水平方向的匀强电场 图中未画出 带电小球沿如图所示的直线斜向下由a点沿直线向b点运动 此空间同时存在由a指向b的匀强磁场 则下列说法正确的是 a 小球一定带正电b 小球可能做匀速直线运动c 带电小球一定做匀加速直线运动d 运动过程中 小球的机械能增大 解析 由于重力方向竖直向下 空间存在磁场 且直线运动方向斜向下 与磁场方向相同 故不受洛伦兹力作用 电场力必水平向右 但电场具体方向未知 故不能判断带电小球的电性 选项a错误 重力和电场力的合力不为零 故不可能做匀速直线运动 所以选项b错误 因为重力与电场力的合力方向与运动方向相同 故小球一定做匀加速直线运动 选项c正确 运动过程中由于电场力做正功 故机械能增大 选项d正确 答案 cd 3 如图所示为一速度选择器 内有一磁感应强度为b 方向垂直纸面向外的匀强磁场 一束粒子流以速度v水平射入 为使粒子流经过磁场时不偏转 不计重力 则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场 关于此电场场强大小和方向的说法中 正确的是 a 大小为b v 粒子带正电时 方向向上b 大小为b v 粒子带负电时 方向向上c 大小为bv 方向向下 与粒子带何种电荷无关d 大小为bv 方向向上 与粒子带何种电荷无关 解析 当粒子所受的洛伦兹力和电场力平衡时 粒子流匀速直线通过该区域 有qvb qe 所以e bv 假设粒子带正电 则受向下的洛伦兹力 电场方向应该向上 粒子带负电时 电场方向仍应向上 故正确答案为d 答案 d 4 质量为m的带电小球在正交的匀强电场 匀强磁场中做匀速圆周运动 轨道平面在竖直平面内 电场方向竖直向下 磁场方向垂直圆周所在平面向里 如图所示 由此可知 a 小球带正电 沿顺时针方向运动b 小球带负电 沿顺时针方向运动c 小球带正电 沿逆时针方向运动d 小球带负电 沿逆时针方向运动 解析 带电小球在重力 电场力以及洛伦兹力作用下做匀速圆周运动 故应满足qe mg 且电场力方向向上 故小球带负电 由于洛伦兹力提供向心力 指向圆心 所以小球沿顺时针方向运动 b正确 答案 b 考点一带电粒子在组合场中的运动 考点梳理 2 电偏转 和 磁偏转 的比较 典例应用 2014 广东理综 36 如图所示 足够大的平行挡板a1 a2竖直放置 间距6l 两板间存在两个方向相反的匀强磁场区域 和 以水平面mn为理想分界面 区的磁感应强度为b0 方向垂直纸面向外 a1 a2上各有位置正对的小孔s1 s2 两孔与分界面mn的距离均为l 质量为m 电量为 q的粒子经宽度为d的匀强电场由静止加速后 沿水平方向从s1进入 区 并直接偏转到mn上的p点 再进入 区 p点与a1板的距离是l的k倍 不计重力 碰到挡板的粒子不予考虑 1 若k 1 求匀强电场的电场强度e 2 若2 k 3 且粒子沿水平方向从s2射出 求出粒子在磁场中的速度大小v与k的关系式和 区的磁感应强度b与k的关系式 解题指导 粒子经电场加速获得一定速度 匀速直线运动 在区域 内匀速圆周运动 在区域 内匀速圆周运动 在区域 内匀速圆周运动 总结提升 带电粒子在组合场中的运动问题的分析方法 1 带电粒子依次通过不同场区时 因其受力情况随区域而变化 故其运动规律在不同区域也有所不同 2 3 联系不同阶段的运动的物理量是速度 因此带电粒子在两场分界点上的速度是解决问题的关键 如图所示 mn为绝缘板 c d为板上两个小孔 po为cd的中垂线 在mn的下方有匀强磁场 方向垂直纸面向外 图中未画出 质量为m 电荷量为q的带正电粒子 不计重力 以某一速度从po上的a点平行于mn的方向进入静电分析器 静电分析器内有均匀辐向分布的电场 电场方向指向o点 已知图中虚线圆弧的半径为r 其所在处场强大小为e 若粒子恰好沿图中虚线做圆周运动后从小孔c垂直于mn进入下方磁场 1 求粒子运动的速度大小 2 粒子在磁场中运动 与mn板碰撞 碰后以原速率反弹 且碰撞时无电荷的转移 之后恰好从小孔d进入mn上方的一个三角形匀强磁场区域 从a点沿水平方向射出磁场 则三角形磁场区域最小面积为多少 mn上下两区域磁场的磁感应强度大小之比为多少 3 粒子从a点出发后 第一次回到a点所经过的总时间为多少 考点二带电粒子在叠加场中的运动 考点梳理 1 带电粒子在复合场中运动的分析思路 2 带电粒子 体 在复合场中的运动问题求解要点 1 受力分析是基础 在受力分析时是否考虑重力必须注意题目条件 2 运动过程分析是关键 在运动过程分析中应注意物体做直线运动 曲线运动及圆周运动 类平抛运动的条件 3 构建物理模型是难点 根据不同的运动过程及物理模型选择合适的物理规律列方程求解 典例应用 如图所示的平行板之间 存在着相互垂直的匀强磁场和匀强电场 磁场的磁感应强度b1 0 20t 方向垂直纸面向里 电场强度e1 1 0 105v m pq为板间中线 紧靠平行板右侧边缘xoy坐标系的第一象限内 有一边界线ao 与y轴的夹角 aoy 45 边界线的上方有垂直纸面向外的匀强磁场 磁感应强度b2 0 25t 边界线的下方有水平向右的匀强电场 电场强度e2 5 0 105v m 在x轴上固定一水平的荧光屏 一束带电荷量q 8 0 10 19c 质量m 8 0 10 26kg的正离子从p点射入平行板间 沿中线pq做直线运动 穿出平行板后从y轴上坐标为 0 0 4m 的q点垂直y轴射入磁场区 最后打到水平的荧光屏上的位置c 求 1 离子在平行板间运动的速度大小 2 离子打到荧光屏上的位置c的坐标 3 现只改变aoy区域内磁场的磁感应强度大小 使离子都不能打到x轴上 磁感应强度大小b2 应满足什么条件 解题指导 答案 1 5 0 105m s 2 0 6m 3 b2 0 3t 1 小物体p1在水平轨道cd上运动速度v的大小 2 倾斜轨道gh的长度s 答案 1 4m s 2 0 56m 洛伦兹力在带电体运动过程中的制约作用带电体在复合场中运动 由于所受洛伦兹力变化其受力情况发生变化 进而再导致运动情况发生变化 因此如果对运动过程中力和运动的关系分析不够清晰 不够透彻 在解题时就易出现错解或漏解的情况 在一绝缘 粗糙且足够长的水平管道中有一带电荷量为q 质量为m的带电球体 管道半径略大于球体半径 整个管道处于磁感应强度为b的水平匀强磁场中 磁感应强度方向与管道垂直 现给带电球体一个水平速度v 则在整个运动过程中 带电球体克服摩擦力所做的功可能为 答案 acd 如图所示 在纸面内存在水平向右的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场 电场强度大小为e 磁感应强度大小为b 一水平固定绝缘杆上套有带电小球p p的质量为m 电荷量为 q p与杆间的动摩擦因数为 小球由静止开始滑动 设电场 磁场区域足够大 杆足够长 在运动过程中小球的最大加速度为a0 最大速度为v0 则下列判断正确的是 图甲 答案 c 模拟题组 1 2015 上海浦东高三模拟 如图所示 一束正离子从s点沿水平方向射出 在没有偏转电场 磁场时恰好击中荧光屏上的坐标原点o 若同时加上电场和磁场后 正离子束最后打在荧光屏上坐标系的第 象限中 则所加电场e和磁场b的方向可能是 不计离子重力及其之间相互作用力 a e向下 b向上b e向下 b向下c e向上 b向下d e向上 b向上 解析 正离子束打到第 象限 相对原入射方向向下 所以电场e方向向下 根据左手定则可知磁场b方向向上 故a正确 答案 a 2 2015 东营一中高三月考 空间存在如图所示的匀强电场e和匀强磁场b 下面关于带电粒子在其中运动情况的判断哪些正确 a 若不计重力 粒子做匀速运动的方向可沿y轴正方向 也可沿y轴负方向b 若不计重力 粒子可沿x轴正方向做匀加速直线运动c 若重力不能忽略 粒子不可能做匀速直线运动d 若重力不能忽略 粒子仍可能做匀速直线运动 解析 若不计重力 当正电荷沿y轴正方向运动时 受电场力沿x轴正方向 受洛伦兹力沿x轴负方向 满足qe qvb时 做匀速直线运动 粒子带负电时 电场力与洛伦兹力均反向 仍可做匀速直线运动 但当粒子沿y轴负方向时 电场力与洛伦兹力总是同向的 粒子受力不能平衡 故不能做匀速直线运动 a错误 粒子沿x轴正向运动时 因洛伦兹力沿y轴方向 粒子一定要偏转 故b错 重力不能忽略时 只要粒子运动方向和受力满足如上图所示 粒子可做匀速直线运动 c错 d正确 答案 d 高考题组 a 霍尔元件前表面的电势低于后表面b 若电源的正负极对调 电压表将反偏c ih与i成正比d 电压表的示数与rl消耗的电功率成正比 答案 cd 4 2013 浙江卷 20 在半导体离子注入工艺中 初速度可忽略的磷离子p 和p3 经电压为u的电场加速后 垂直进入磁感应强度大小为b 方向垂直纸面向里 有一定宽度的匀强磁场区域 如图所示 已知离子p 在磁场中转过 30 后从磁场右边界射出 在电场和磁场中运动时 离子p 和p3 答案