【立体设计】高考历史 第8章 第4节 带电粒子在复合场中的运动知识研习课件 鲁科版选修31.ppt

1 速度选择器 如图所示 1 平行板间电场强度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 所以叫做速度选择器 垂直 速度 2 磁流体发电机 如图所示 eq bqv 1 磁流体发电是一项新兴技术 它可以把能直接转化为能 2 根据左手定则可知 右图中的是发电机的正极 3 若磁流体发电机两极板间的距离为d 等离子体速度为v 磁场磁感应强度为b 则两极板间能达到的最大电势差u 3 电磁流量计 如图所示 电 b bdv 物体的内 圆形导管直径为d 用非磁性材料制成 导电液体在管中向左流动 导电液体中的自由电荷 正 负离子 在洛伦兹力的作用下横向偏转 a b间出现电势差 形成电场 当自由电荷所受的和平衡时 a b间的电势 洛伦兹力 电场力 4 霍尔效应霍尔效应是高中物理中重要的探究课题之一 在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体 当磁场方向与电流方向垂直时 导体在与磁场 电流方向都垂直的方向上出现了电势差 这个现象称为霍尔效应 所产生的电势差称为霍尔电势差或霍尔电压 其原理如图所示 考点带电粒子在复合场中的运动1 带电粒子在复合场中的运动 1 带电粒子在复合场中的匀速圆周运动 当带电粒子进入匀强电场 匀强磁场和重力场共存的复合场中 若电场力和重力相平衡 粒子运动方向与匀强磁场方向互相垂直时 带电粒子就在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动 2 带电粒子在复合场中的直线运动 自由的带电粒子 无轨道约束 在复合场中的直线运动应是匀速直线运动 除非运动方向沿匀强磁场方向 粒子不受洛伦兹力 这是因为电场力和重力都是恒力 若它们的合力不能与洛伦兹力平衡 则带电粒子速度的大小和方向都会改变 就不可能做直线运动 3 带电粒子在复合场中的曲线运动 当带电粒子所受合外力不断变化且粒子速度的方向不在一条直线上时 带电粒子做曲线运动 2 带电粒子在复合场中运动的分析方法 思路 1 弄清复合场的组成 一般有磁场 电场的复合 磁场 重力场的复合 磁场 电场 重力场三者的复合 2 正确进行受力分析 除重力 弹力 摩擦力外 要特别注意静电场力和磁场力的分析 3 确定带电粒子的运动状态 注意运动状态和受力情况的对应 4 对于粒子连续通过几个不同的场的问题 要分阶段进行处理 5 画出粒子运动轨迹 灵活选择不同的规律求解 技巧提示 1 电子 质子 粒子等一般不计重力 带电小球 尘埃 液滴等带电颗粒一般要考虑重力的作用 2 注意重力 电场力做功与路径无关及洛伦兹力始终和运动方向垂直 永不做功的特点 案例1 一个质量m 0 1g的小滑块 带有q 5 10 4c的电荷量 放置在倾角 30 的光滑斜面上 斜面绝缘 斜面置于b 0 5t的匀强磁场中 磁场方向垂直纸面向里 如图所示 小滑块由静止开始沿斜面滑下 其斜面足够长 小滑块滑至某一位置时 要离开斜面 求 1 小滑块带何种电荷 2 小滑块离开斜面的瞬时速度多大 3 该斜面的长度至少多少 解析 1 小滑块沿斜面下滑过程中 受重力mg 斜面支持力fn和洛伦兹力f 若要小滑块离开斜面 洛伦兹力f方向应垂直斜面向上 根据左手定则可知 小滑块应带负电荷 2 小滑块沿斜面下滑时 垂直斜面方向的加速度为零 有qvb n mgcos 0 当n 0时 小滑块开始脱离斜面 此时 qvb mgcos 得 技巧点拨 此题是洛伦兹力与力学知识结合的题目 考查左手定则及平衡条件的应用 洛伦兹力大小的计算及洛伦兹力不做功等知识的综合应用 即时巩固1 2009 北京理综 如图所示的虚线区域内 充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场 一带电粒子a 不计重力 以一定的初速度由左边界的o点射入磁场 电场区域 恰好沿直线由区域右边界的o 点 图中未标出 穿出 若撤去该区域内的磁场而保留电场不变 另一个同样的粒子b 不计重力 仍以相同初速度由o点射入 从区域右边界穿出 则粒子b a 穿出位置一定在o 点下方b 穿出位置一定在o 点上方c 运动时 在电场中的电势能一定减小d 在电场中运动时 动能一定减小 解析 a粒子要在电场 磁场的复合场区内做直线运动 则该粒子一定做匀速直线运动 故对粒子a有 bqv eq 即只要满足e bv 无论粒子带正电还是负电 粒子都可以沿直线穿出复合场区 当撤去磁场只保留电场时 粒子b由于电性不确定 故无法判断从o 点的上方或下方穿出 故a b错误 粒子b在穿过电场区的过程中必然受到电场力的作用而做类平抛运动 电场力做正功 其电势能减小 动能增大 故c项正确 d项错误 答案 c 案例2 2011 全国理综 如图 与水平面成45 角的平面mn将空间分成 和 两个区域 一质量为m 电荷量为q q 0 的粒子以速度v0从平面mn上的p0点水平向右射入 区 粒子在 区运动时 只受到大小不变 方向竖直向下的 电场作用 电场强度大小为e 在 区运动时 只受到匀强磁场的作用 磁感应强度大小为b 方向垂直于纸面向里 求粒子首次从 区离开时到出发点p0的距离 粒子的重力可以忽略 解析 带电粒子进入电场后 在电场力的作用下沿抛物线运动 其加速度方向竖直向下 设其大小为a 由牛顿第二定律得qe ma 设经过时间t0 粒子从平面mn上的点p1进入磁场 由运动学公式和几何关系得v0t0 粒子速度大小v1为v1 设速度方向与竖直方向的夹角为 则tan 此时粒子到出发点p0的距离为s0 v0t0 此后 粒子进入磁场 在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动 圆周半径为r1 mv1 qb 设粒子首次离开磁场的点为p2 弧所张的圆心角为2 则p1到点p2的距离为s1 2r1sin 由几何关系得 45 联立 式得 点p2与点p0相距l s0 s1 联立 解得 即时巩固2 如图所示 在y 0的空间中存在匀强电场 场强沿y轴负方向 在y 0的空间中存在匀强磁场 磁场方向垂直于xoy平面 纸面 向外 一电荷量为q 质量