高考物理一轮复习第8章磁场第3讲带电粒子在复合场中的运动课件新人教版选修3_1

第八章磁场 选修3 1 第3讲带电粒子在复合场中的运动 知识梳理自测 1 复合场与组合场 1 复合场 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 磁场分时间段或分区域交替出现 带电粒子在复合场 组合场中的运动 磁场 2 带电粒子在复合场中运动情况分类 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 状态 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 时 粒子做非匀变速曲线运动 这时粒子的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 静止 匀速直线运动 相等 相反 匀速圆周 一条直线上 思维辨析 1 利用回旋加速器可以将带电粒子的速度无限制地增大 2 粒子能否通过速度选择器 除与速度有关外 还与粒子的带电正负有关 3 磁流体发电机中 根据左手定则 可以确定正 负粒子的偏转方向 从而确定正 负极或电势高低 4 带电粒子在复合场中受洛伦兹力情况下的直线运动一定为匀速直线运动 5 质谱仪是一种测量带电粒子质量并分析同位素的仪器 答案 1 利用回旋加速器不能将带电粒子的速度无限制地增大 2 粒子能否通过速度选择器 与粒子的带电正负无关 3 4 5 D 解析 洗衣机将电能转化为机械能 不是利用带电粒子在磁场中的偏转制成的 所以选项D符合题意 解析 带电质点在运动过程中 重力做功 速度大小和方向发生变化 洛伦兹力的大小和方向也随之发生变化 故带电质点不可能做直线运动 也不可能做匀减速运动或匀速圆周运动 C正确 C C 解析 由于小球在下落过程中速度变化 洛伦兹力会变化 小球所受合力变化 故小球不可能做匀速或匀加速运动 B C D错 A正确 A 核心考点突破 带电粒子在复合场中的实际应用 解题探究 1 粒子经过加速电压被加速 粒子从静止开始第n次通过加速电场后的速度多大 2 粒子最后从D形盒射出时的速度为v 试分析其和R的关系 类题演练1 C BD BC 这类问题的特点是电场 磁场或重力场依次出现 包含空间上先后出现和时间上先后出现 磁场或电场与无场区交替出现相组合的场等 其运动形式包含匀速直线运动 匀变速直线运动 类平抛运动 圆周运动等 涉及牛顿运动定律 功能关系等知识的应用 带电粒子在组合场中的运动 1 在匀强电场 匀强磁场中可能的运动性质 2 电偏转 和 磁偏转 的比较 1 求粒子过Q点时速度的大小和方向 2 若磁感应强度的大小为一定值B0 粒子将以垂直y轴的方向进入第二象限 求B0 3 若磁感应强度的大小为另一确定值 经过一段时间后粒子将再次经过Q点 且速度与第一次过Q点时相同 求该粒子相邻两次经过Q点所用的时间 解题探究 1 带电粒子在电场中做什么运动 如何求粒子在Q点的速度和大小 2 粒子进入磁场后做什么运动 3 根据几何关系 求得半径多少 4 粒子出磁场后 在第二象限内做什么运动 5 粒子在第三象限内做什么运动 6 撤去电场后粒子在第四象限内做什么运动 3 设粒子做圆周运动的半径为R2 由几何关系知粒子运动的轨迹如图所示 O2 O2 是粒子做圆周运动的圆心 Q F G H是轨迹与坐标轴的交点 连接O2 O2 由几何关系知 O2FGO2 和O2QHO2 均为矩形 由此知FQ GH均为直径 QFGH也是矩形 又FG GH可知粒子在第一 第三象限的轨迹均为半圆 得 类题演练2 1 微粒进入偏转电场时的速度大小v0 2 两金属板间的电压U2 3 微粒在磁场中的运动时间t和匀强磁场的宽度D 带电体在复合场中运动的归类分析1 磁场力 重力并存 1 若重力和洛伦兹力平衡 则带电体做匀速直线运动 2 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 2 电场力 磁场力并存 不计重力 1 若电场力和洛伦兹力平衡 则带电体做匀速直线运动 2 若电场力和洛伦兹力不平衡 则带电体做复杂的曲线运动 可用动能定理求解 带电体在复合场中的运动 3 电场力 磁场力 重力并存 1 若三力平衡 带电体做匀速直线运动 2 若重力与电场力平衡 带电体做匀速圆周运动 3 若合力不为零 带电体可能做复杂的曲线运动 可用能量守恒定律或动能定理求解 特别提醒 1 若带电粒子在电场力 洛伦兹力 重力三力并存的情况下运动轨迹是直线 则粒子一定做匀速直线运动 2 由于洛伦兹力随速度的改变而变化 从而导致速度发生新的变化 因此受力分析时要特别注意速度的变化对洛伦兹力的影响 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 设小球从D点飞出时磁场消失 求小球离开D点后的运动轨迹与直线AC的交点到C点的距离 解题探究 1 小球在BC段做什么运动 受力情况如何 2 小球沿半圆轨道运动刚好能到达D点 此时 由什么充当向心力 3 小球最后从D点飞出后所受到的合力正好与速度相互垂直 做什么运动 答案 1 小球在BC段做匀速直线运动 受重力 洛伦兹力与电场力 三力平衡 2 电场力 洛伦兹力与重力的合力 3 类平抛 解析 1 小球从B运动到C做直线运动 受力如图 电场力方向与电场强度方向相同 则小球带正电荷 答案 1 正电荷 2 27 6J 3 2 26