高考物理总复习 第9章 第3课时 带电粒子在复合场中的运动课件.ppt

第3课时带电粒子在复合场中的运动 导学目标 1 能分析计算带电粒子在复合场中的运动 2 能够解决速度选择器 磁流体发电机 电磁流量计等磁场在生活和科技方面的应用问题 一 复合场 知识梳理 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 三种场的比较 mg 竖直向下 路径 重力势能 qe 相同 相反 路径 qu 电势能 qvb 左手 动能 答案 1 静止或匀速直线运动当带电粒子在叠加场中所受合外力为零时 将处于静止状态或做匀速直线运动 2 匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小相等 方向相反时 带电粒子在洛伦兹力的作用下 在垂直于匀强磁场的平面内将做匀速圆周运动 2 复合场中带电粒子在重力 电场力 为恒力时 洛伦兹力三个力作用下能做匀变速直线运动吗 答案 不能 只要v发生改变 洛伦兹力就要发生变化 使粒子所受合力发生变化 故而不能做匀变速直线运动 二 带电粒子在复合场中运动的应用实例 知识梳理 1 电视显像管电视显像管是应用电子束 填 电偏转 或 磁偏转 的原理来工作的 使电子束偏转的 填 电场 或 磁场 是由两对偏转线圈产生的 显像管工作时 由 发射电子束 利用磁场来使电子束偏转 实现电视技术中的 使整个荧光屏都在发光 磁偏转 磁场 阴极 扫描 2 速度选择器 如图1所示 图1 1 平行板中电场强度e和磁感应强度b互相 这种装置能把具有一定 的粒子选择出来 所以叫作速度选择器 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 垂直 速度 内能 正极 blv 非磁性材料 qe 磁场方向 电势差 考点解读 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 考点一带电粒子在叠加场中的运动 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 若重力与电场力平衡 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 典例剖析 例1如图5所示 与水平面成37 的倾斜轨道ac 其延长线在d点与半圆轨道df相切 全部轨道为绝缘材料制成且位于竖直面内 整个空间存在水平向左的匀强电场 mn的右侧存在垂直纸面向里的匀强磁场 c点处于mn边界上 一质量为0 4kg的带电小球沿轨道ac下滑 至c点时速度为vc m s 接着沿直线cd运动到d处进入半圆轨道 进入时无动能损失 且恰好能通过f点 在f点速度为vf 4m s 不计空气阻力 g 10m s2 cos37 0 8 求 图5 1 小球带何种电荷 2 小球在半圆轨道部分克服摩擦力所做的功 3 小球从f点飞出时磁场同时消失 小球离开f点后的运动轨迹与直线ac 或延长线 的交点为g点 未标出 求g点到d点的距离 方法提炼1 带电粒子在复合场中运动的分析方法 1 弄清复合场的组成 2 进行受力分析 3 确定带电粒子的运动状态 注意运动情况和受力情况的结合 4 对于粒子连续通过几个不同种类的场时 要分阶段进行处理 5 画出粒子运动轨迹 灵活选择不同的运动规律 当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时 根据受力平衡列方程求解 当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时 应用牛顿定律结合圆周运动规律求解 当带电粒子做复杂曲线运动时 一般用动能定理或能量守恒定律求解 对于临界问题 注意挖掘隐含条件 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 2 运动过程分析是关键 3 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 1 带电粒子所带电量如何 2 uab为多大时粒子擦上板边沿飞出 3 如uab 1000v 试通过加一垂直纸面的一个匀强磁场 其大小及方向应如何也可让粒子擦上板边沿飞出 g 10m s2 考点解读 1 近几年各省市的高考题在这里的命题情景大都是组合场模型 或是一个电场与一个磁场相邻 或是两个或多个磁场相邻 2 解题时要弄清楚场的性质 场的方向 强弱 范围等 3 要进行正确的受力分析 确定带电粒子的运动状态 4 分析带电粒子的运动过程 画出运动轨迹是解题的关键 考点二带电粒子在组合场中的运动 典例剖析 例2如图7所示 在直角坐标系的第 象限和第 象限存在着电场强度均为e的匀强电场 其中第 象限电场沿x轴正方向 第 象限电场沿y轴负方向 在第 象限和第 象限存在着磁感应强度均为b的匀强磁场 磁场方向均垂直纸面向里 有一个电子从y轴的p点以垂直于y轴的初速度v0进入第 象限 第一次到达x轴上时速度方向与x轴负方向夹角为45 第一次进入第 象限时 与y轴负方向夹角也是45 经过一段时间电子又回到了p点 进行周期性运动 已知电子的电荷量为e 质量为m 不考虑重力和空气阻力 求 方法提炼解决带电粒子在组合场中运动问题的思路方法 跟踪训练2 2013 揭阳一模 如图8所示 在xoy平面内y 0的区域存在电场与磁场 on为电场与磁场的分界线 on与y轴的夹角为45 电场强度大小为32n c 磁感应强度大小为0 1t 一质量为m 1 10 24kg 带电荷量为q 5 10 18c的正粒子从o点沿x轴负方向以速度v0 2 103m s射入磁场 不计粒子重力 求 1 粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径 2 粒子在磁场中运动的时间 3 粒子最终穿过x轴时离o点的距离 答案 见解析 例3为监测某化工厂的污水排放量 技术人员在该厂的排污管末端安装了如图9所示的流量计 该装置由绝缘材料制成 长 宽 高分别为a b c 左右两端开口 在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为b的匀强磁场 在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极 污水充满管口从左向右流经该装置时 电压表将显示两个电极间的电压u 若用q表示污水流量 单位时间内排出的污水体积 下列说法中正确的是 10 带电粒子在复合场中的实际应用模型 方法提炼1 无论是速度选择器 回旋加速器 还是质谱仪 电磁流量计 其实质都是带电粒子在电磁场中的运动 只是运动过程较复杂而已 2 这些实用模型问题的本质还是力学问题 要从受力和运动两方面去分析 3 解题思路主要有 1 力和运动的关系 根据带电体所受的力 运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解 2 功能关系 根据场力及其他外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的功能关系解决问题 这条线索不但适用于均匀场 也适用于非均匀场 因此要熟悉各种力做功的特点 跟踪训练3如图10所示是质谱仪工作原理的示意图 带