浙江省嘉兴市秀州中学高中物理 带电粒子在匀强磁场中的运动(三)导学案（无答案）新人教版选修31.doc

浙江省嘉兴市秀州中学高中物理 带电粒子在匀强磁场中的运动(三)导学案（无答案）新人教版选修3-1【学习目标】1掌握带电粒子在复合场中运动的有关问题及基本方法。2解决带电粒子在复合场中运动规律的实际应用问题。【学习重、难点】建立带电粒子在复合场中运动的物理情景并与解析几何知识有机结合，将物理问题化归为数学问题【专题要点】 一、复合场1复合场是指电场、磁场、重力场并存，或其中某两种场并存的场带电粒子在这些复合场中运动时，必须同时考虑电场力、洛仑兹力和重力的作用或其中某两种力的作用，因此对粒子的运动形式的分析就显得极为重要。2两种模型（1）组合场：即电场与磁场有明显的界线,带电粒子分别在两个区域内做两种不同的运动,即分段运动,该类问题运动过程较为复杂,但对于每一段运动又较为清晰易辨,往往这类问题的关键在于分段运动的连接点时的速度,具有承上启下的作用（2）复合场：即在同一区域内同时有电场、磁场和重力场或其中某两种场，些类问题看似简单，受力不复杂，但仔细分析其运动往往比较难以把握。二、带电粒子在复合场电运动1当带电粒子在复合场中所受的合外力为0时，粒子将做匀速直线运动或静止。2带电微粒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：当带电微粒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；当带电微粒的速度垂直于磁场时，一定做匀速运动。3带电微粒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。4当带电粒子所受的合外力的大小、方向均是不断变化的时，粒子将做变加速运动，这类问题一般只能用能量关系处理。 三、复合场中的特殊物理模型1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，进入正交的电场和磁场，受到的电场力与洛仑兹力方向相反，若使粒子沿直线从右边孔中出去，则有qv0bqe,v0=e/b，若v= v0=e/b，粒子做直线运动，与粒子电量、电性、质量无关（1）若ve/b，电场力大，粒子向电场力方向偏，电场力做正功，动能增加。（2）若ve/b，洛仑兹力大，粒子向磁场力方向偏，电场力做负功，动能减少。（3）回顾质谱仪2磁流体发电机如图所示，正、负离子（等离子体）高速喷入偏转磁场b中在洛仑兹力作用下，正、负离子分别向上、下极板偏转、积累，从而在板间形成一个向下的电场两板间形成一定的电势差当qvb=qe,e=u/d时电势差稳定udvb，这就相当于一个可以对外供电的电源3电磁流量计如图所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动导电液体中的自由电荷（正负离子）在洛仑兹力作用下纵向偏转，a,b间出现电势差当自由电荷所受电场力和洛仑兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定由bqv=eq,e=u/d，可得v=u/bd流量q=sv=ud/4b4霍尔元件（霍尔效应）（1）霍尔效应：在匀强磁场中放置一矩形截面的载流导体，当磁场方向和电流方向垂直时，导体在磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差，这种现象称为霍尔效应。ib（2）如图所示，截面为矩形的金属导体，在方向通以电流，在y方向加磁场，导体中自由电子逆着电流方向运动。由左手定则可以判断，运动的电子在洛伦兹力作用下向上表面聚集，在导体的下表面就会出现多余的正电荷，形成下表面电势高，上表面电势低的电势差，导体内部出现电场，电场方向由下表面指向上表面，以后运的电子将同时受方向相反的洛伦兹力和电场力作用，随着表面电荷聚集，电场强度增加，电场力也增加，最终会使运动的电子达到受力平衡而匀速运动，此时导体上下两表面间就出现稳定的电势差。由bqv=eq,e=u/d，可得b=u/vd （3）应用：测磁感应强度。5回旋加速器基础题（一看就懂，一做就会）1.如图所示，在xoy平面内，匀强电场的方向沿x轴正向，匀强磁场的方向垂直于xoy平面向里一电子在xoy平面内运动时，速度方向保持不变则电子的运动方向沿（ ）ax轴正向 bx轴负向 cy轴正向 dy轴负向2.一个质子穿过某一空间而未发生偏转，则（ ）a可能存在电场和磁场，它们的方向与质子运动方向相同b此空间可能只有磁场，方向与质子的运动方向平行c此空间可能只有磁场，方向与质子的运动方向垂直d此空间可能有正交的电场和磁场，它们的方向均与质子的运动方向垂直3.在两平行金属板间有正交的匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子垂直于电场和磁场方向射入场中，射出时粒子的动能减少了，为了使粒子射出时动能增加，在不计重力的情况下，可采取的办法是（ ）a.增大粒子射入时的速度 b.减小磁场的磁感应强度c.增大电场的电场强度 d.改变粒子的带电性质4.一带正电的小球沿光滑水平桌面向右运动，飞离桌面后进入匀强磁场，如图所示，若飞行时间t1后落在地板上，水平射程为s1，着地速度大小为v1，撤去磁场，其他条件不变，小球飞行时间t2，水平射程s2，着地速度大小为v2，则（ ）as2s1 bt1t2 cv1v2 dv1=v5.如图所示，有一电量为q，质量为m的小球，从两竖直的带等量 异种电荷的平行板上方高h处自由下落，两板间有匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，那么带电小球在通过正交电磁场时（ ）a一定做曲线运动b不可能做曲线运动c可能做匀速直线运动d可能做匀加速直线运动达标题（跳起来，摘下丰收果）6.一种测量血管中血流速度的仪器原理如图所示，在动脉血管的左右两侧加有匀强磁场，上下两侧安装电极并连接电压表。设血管的直径是d，磁场的磁感强度为b，电压表测出的电压为u，则血流速度大小为多少？流量为多少？ 7.有一个未知的匀强磁场，用如下方法测其磁感应强度，如图所示，把一个横截面是矩形的铜片放在磁场中，使它的上、下两个表面与磁场平行，前、后两个表面与磁场垂直当通入从左向右的电流 i 时，连接在上、下两个表面上的电压表示数为u已知铜片中单位体积内自由电子数为n，电子质量m，带电量为e，铜片厚度（前后两个表面厚度）为d，高度（上、下两个表面的距离）为h，求磁场的磁感应强度b8.在光滑绝缘水平面上，一轻绳拉着一个带电小球绕竖直方向的轴o在匀强磁场中做逆时针方向的水平匀速圆周运动，磁场方向竖直向下，其俯视图如图所示，若小球运动到a点时，由于某种原因，绳子突然断开，关于小球在绳断开后可能的运动情况，以下说法正确的是（ ）a小球仍做逆时针匀速圆周运动，半径不变 b小球仍做逆时针匀速圆周运动，但半径减小c小球做顺时针匀速圆周运动，半径不变 d小球做顺时针匀速圆周运动，半径减小 拓展题（勇往直前，试一试）9如图所示绝缘直棒上的小球，其质量为m、带电荷量是q，小球可在棒上滑动将此棒竖直放在互相垂直且在水平方向的匀强电场和匀强磁场中，电场强度是e，磁感应强度是b，小球与棒间的动摩擦因数为，求小球由静止沿棒下滑的最大加速度和最大速度（小球带电荷量不变）10.质量为m，带电量为q的液滴以速度v沿与水平成45角斜向上进入正交的匀强电场和匀强磁场叠加区域，电场强度方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里，如图所示液滴带正电荷，在重力、电场力及磁场力共同作用下在场区做匀速直线运动试求：（1）电场强度e和磁感应强度b各多大？（2）当液滴运动到某一点a时，电场方向突然变为竖直向上，大小不改变，不考虑因电场变