高考物理一轮总复习 热点专题11 带电粒子在复合场中的运动课件.ppt

热点专题11带电粒子在复合场中的运动 栏目导航 1 2 3 4 抓知识点 抓重难点 课时跟踪检测 抓易错点 一 带电粒子在复合场中的运动1 复合场 1 叠加场 电场 重力场共存 或其中某两种场共存 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 但电场 磁场一般出现 2 带电粒子在复合场中的运动形式 1 静止或匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力为零时 将处于状态或运动状态 磁场 交替 静止 匀速直线 2 匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小 方向时 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做运动 3 较复杂的曲线运动当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化 且与初速度方向不在同一直线上 粒子做变速曲线运动 这时粒子运动轨迹既不是圆弧 也不是抛物线 4 分阶段运动带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域 其运动情况随区域发生变化 其运动过程由几种不同的运动阶段组成 相等 相反 匀速圆周 非匀 二 带电粒子在复合场中运动的应用举例1 质谱仪 1 构造 如图所示 质谱仪由粒子源 加速电场 匀强磁场和照相底片组成 2 功能 测量同位素的质量和比荷 3 工作原理 质子数相同而质量数不同的原子互称为同位素 在图中 如果容器a中含有电荷量相同而质量有差别的粒子 它们先在加速电场中由静止开始加速 然后进入磁场后沿着不同的半径做圆周运动 打在照相底片上不同的地方 在底片上形成若干谱线状的细条 叫质谱线 每一条对应于一定的质量 从谱线的位置可以知道圆周的半径r 如果再已知带电粒子的电荷量q 就可算出它的质量 根据动能定理可以求出粒子离开电场时的速度v 根据洛伦兹力提供向心力得粒子轨道半径r 联立以上方程可得粒子的比荷 若已知q 则粒子的质量m 相同 磁感应强度 d形盒半径 3 粒子速度选择器 1 构造 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 所以叫速度选择器 垂直 速度 qe qvb 4 磁流体发电机 1 根据左手定则 如图中的b是发电机 正极 bdv 非磁性材料 qe 6 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 其原理如图所示 磁场方向 电势差 7 电视显像管电视显像管是应用电子束 选填 电偏转 或 磁偏转 的原理来工作的 使电子束偏转的 选填 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 1 是否考虑粒子重力的三种情况 1 对于微观粒子 如电子 质子 离子等 因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小 可以忽略 而对于一些宏观物体 如带电小球 液滴 金属块等一般应当考虑其重力 2 在题目中有明确说明是否要考虑重力的 这种情况比较正规 也比较简单 3 不能直接判断是否要考虑重力的 在进行受力分析与运动分析时 要由分析结果确定是否要考虑重力 2 电偏转 与 磁偏转 的比较 1 试求带电粒子从p射入电场时的速度大小 2 若o为抛物线om的顶点 写出边界om的抛物线方程 3 要使带电粒子不穿过x轴 试确定匀强磁场的磁感应强度b应满足的条件 例1 解决带电粒子在组合场中运动问题的思路方法 提分秘笈 1 若该粒子从ac边射出磁场 速度方向偏转了60 求初速度的大小 2 若改变该粒子的初速度大小 使之通过y轴负半轴某点m 求粒子从b点运动到m点的最短时间 跟踪训练1 1 带电粒子在叠加场中无约束情况下的运动主要是以下几种形式 2 带电粒子在叠加场中有约束情况下的运动带电粒子在叠加场中受轻杆 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解 如图所示 两块水平放置 间距为d的长金属板接在电压可调的电源上 两板之间的右侧区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场 将喷墨打印机的喷口靠近上板下表面 从喷口连接不断地喷出质量均为m 水平速度均为v0 带相等电荷量的墨滴 调节电源电压至u 墨滴在电场区域恰能沿水平方向向右做匀速直线运动 进入电场 磁场共存区域后 最终垂直打在下板的m点 1 判断墨滴所带电荷的种类 并求其电荷量 2 求磁感应强度b的值 3 现保持喷口方向不变 使其竖直下移到两板中间的位置 为了使墨滴仍能到达下板m点 应将磁感应强度调至b 则b 的大小为多少 例2 带电粒子在叠加场中运动的处理方法1 确定带电粒子的运动状态 注意受力情况与运动情况相结合 2 对于粒子连续通过几个不同场的情况 要分阶段进行处理 3 画出粒子的运动轨迹 选择合适的物理规律 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 应用牛顿运动定律结合圆周运动规律求解 当带电粒子做复杂的曲线运动时 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 提分秘笈 如图所示 竖直平面坐标系 xoy的第一象限 有垂直xoy平面向外的水平匀强磁场和竖直向上的匀强电场 大小分别为b和e 第四象限有垂直xoy平面向里的水平匀强电场 大小也为e 第三象限内有一绝缘光滑竖直放置的半径为r的半圆轨道 轨道最高点与坐标原点o相切 最低点与绝缘光滑水平面相切于n 一质量为m的带电小球从y轴上 y 0 的p点沿x轴正方向进入第一象限后做圆周运动 恰好通过坐标原点o 且水平切入半圆轨道并沿轨道内侧运动 过n点水平进入第四象限 并在电场中运动 已知重力加速度为g 跟踪训练2 例3 解决带电粒子在交变电 磁场中的运动问题的基本思路 提分秘笈 如图甲所示 宽度为d的竖直狭长区域内 边界为l1 l2 存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场 如图乙所示 电场强度的大小为e0 e 0表示电场方向竖直向上 t 0时 一带正电 质量为m的微粒从左边界上的n1点以水平速度v射入该区域 沿直线运动到q点后 做一次完整的圆周运动 再沿直线运动到右边界上的n2点 q为线段n1n2的中点 重力加速度为g 上述d e0 m v g为已知量 跟踪训练3 1 求微粒所带电荷量q和磁感应强度b的大小 2 求电场变化的周期t 3 改变宽度d 使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域 求t的最小值 回旋加速器在核科学 核技术 核医学等高新技术领域得到了广泛应用 有力地推动了现代科学技术的发展 回旋加速器的原理如图所示 d1和d2是两个正对的中空半圆金属盒 它们的半径均为r且分别接在电压一定的交流电源两端 可在两金属盒之间的狭缝处形成变化的加速电场 两金属盒处于与盒面垂直 磁感应强度为b的匀强磁场中 a点处的粒子源能不断产生带电粒子 它们在两盒之间被电场加速后在金属盒内的磁场中做匀速圆周运动 调节交流电源的频率 使得每当带电粒子运动到两金属盒之间的狭缝边缘时恰好改变加速电场的方向 从而保证带电粒子能在两金属盒之间狭缝处总被加速 且最终都能沿位于d2盒边缘的c口射出 该回旋加速器可将原来静止的 粒子 氦的原子核 加速到最大速率v 使它获得的最大动能为ek 若带电粒子在a点的初速度 所受重力 通过狭缝的时间及c口的口径大小均可忽略不计 且不考虑相对论效应 则用该回旋加速器 例1 答案 d 错后感悟 本题的易错点与其说是搞不清回旋加速器的原理分析 倒不如说是没把回旋加速器的原理记熟 即粒子获取的最大动能由d形盒的半径所决定 而交流电源的频率与粒子在d形盒磁场中做圆周运动的频率相等 多选 2017届郑州毕业年级质量预测一 如图是质谱仪工作原理的示意图 带电粒子a b从容器中的a点飘出 在a点初速度为零 经电压u加速后 从x轴坐标原点处进入磁感应强度为b的匀强磁场 最后分别打在感光板s上 坐标分别为x1 x2 图中半圆形虚线分别表示带电粒子a b所通过的路径 则 跟踪训练 答案 bc 错后感悟 本题易因对粒子在磁场中运动的相关公式运用不熟练而出错 做题时应根据题给已知量选择相对应的公式分析 表达未知量 从而得出结论 例2 1 在t 0到t t0这段时间内 小球不受细管侧壁的作用力 求小球的速度大小v0 2 在竖直向下的磁感应强度增大过程中 将产生涡旋电场 其电场线是在水平面内一系列沿逆时针方向的同心圆 同