高三物理一轮复习 第8章 第3课时 带电粒子在复合场中的运动导学案（无答案）.doc

第3课时 带电粒子在复合场中的运动【考纲解读】1.会分析速度选择器、磁流体发电机、质谱仪、回旋加速器等磁场的实际应用问题.2.会分析带电粒子在组合场、叠加场中的运动问题【知识要点】一回旋加速器和质谱仪1质谱仪(1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，qumv2.粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvbm.由以上两式可得r ，m ， .2回旋加速器(1)构造：如图2所示，d1、d2是半圆形金属盒，d形盒的缝隙处接交流电源，d形盒处于匀强磁场中(2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子经电场加速，经磁场回旋，由qvb，得ekm ，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度b和d形盒半径r决定，与加速电压无关二带电体在叠加场中的运动1带电体在叠加场中无约束情况下的运动情况分类(1)洛伦兹力、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(2)静电力、洛伦兹力并存(不计重力的微观粒子)若静电力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动若静电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)静电力、洛伦兹力、重力并存若三力平衡，一定做匀速直线运动若重力与静电力平衡，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，可用能量守恒定律或动能定理求解问题2带电体在叠加场中有约束情况下的运动带电体在叠加场中受轻杆、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三带电粒子在组合场中运动 “电偏转”和“磁偏转”的比较：垂直电场线进入匀强电场(不计重力)垂直磁感线进入匀强磁场(不计重力)受力情况电场力fqe，其大小、方向不变，与速度v无关，f是恒力洛伦兹力f洛qvb，其大小不变，方向随v而改变，f洛是变力轨迹抛物线圆或圆的一部分运动轨迹求解方法利用类似平抛运动的规律求解：vxv0，xv0t vyt，yt2偏转角：tan 半径：r周期：t偏移距离y和偏转角要结合圆的几何关系利用圆周运动规律讨论求解运动时间ttt动能变化不变【典型例题】例1回旋加速器是用来加速带电粒子，使它获得很大动能的仪器，其核心部分是两个d形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间的窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝都得到加速，两盒放在磁感应强度为b的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子的电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为rm，其运动轨迹如图所示问：(1)d形盒内有无电场？(2)粒子在盒内做何种运动？(3)所加交流电压频率应是多大，粒子运动的角速度为多大？(4)粒子离开加速器时速度为多大？最大动能为多少？(5)设两d形盒间电场的电势差为u，盒间距离为d，其间电场均匀，求把静止粒子加速到上述能量所需时间例2如图所示，位于竖直平面内的坐标系xoy，在其第三象限空间有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为b0.5 t，还有沿x轴负方向的匀强电场，场强大小为e2 n/c.在其第一象限空间有沿y轴负方向的、场强大小也为e的匀强电场，并在yh0.4 m的区域有磁感应强度也为b的垂直于纸面向里的匀强磁场一个带电荷量为q的带电油滴从图中第三象限的p点得到一初速度，恰好能沿po做匀速直线运动(po与x轴负方向的夹角为45)，并从原点o进入第一象限已知重力加速度g10 m/s2，问：(1)油滴在第三象限运动时受到的重力、电场力、洛伦兹力三力的大小之比，并指出油滴带何种电荷；(2)油滴在p点得到的初速度大小；(3)油滴在第一象限运动的时间例3如图所示，在坐标系xoy的第一、第三象限内存在相同的匀强磁场，磁场方向垂直于xoy平面向里；第四象限内有沿y轴正方向的匀强电场，电场强度大小为e.一电荷量为q、质量为m的粒子，自y轴上的p点沿x轴正方向射入第四象限，经x轴上的q点进入第一象限，随即撤去电场，以后仅保留磁场已知opd，oq2d.不计粒子重力(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确定值b0，粒子将沿垂直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【拓展训练】1(2014江苏单科9)如图10所示，导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间，线圈中电流为i，线圈间产生匀强磁场，磁感应强度大小b与i成正比，方向垂直于霍尔元件的两侧面，此时通过霍尔元件的电流为ih，与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压uh满足：uhk，式中k为霍尔系数，d为霍尔元件两侧面间的距离电阻r远大于rl，霍尔元件的电阻可以忽略，则()图10a霍尔元件前表面的电势低于后表面b若电源的正、负极对调，电压表将反偏cih与i成正比d电压表的示数与rl消耗的电功率成正比2(2014重庆9)如图所示，在无限长的竖直边界ns和mt间充满匀强电场，同时该区域上、下部分分别充满方向垂直于nstm平面向外和向内的匀强磁场，磁感应强度大小分别为b和2b，kl为上、下磁场的水平分界线，在ns和mt边界上，距kl高h处分别有p、q两点，ns和mt间距为1.8h.质量为m、电荷量为q的粒子从p点垂直于ns边界射入该区域，在两边界之间做圆周运动，重力加速度为g. (1)求电场强度的大小和方向；(2)要使粒子不从ns边界飞出，求粒子入射速度的最小值；(3)若粒子能经过q点从mt边界飞出，求粒子入射速度的所有可能值3(2014大纲全国25)如图所示，在第一象限存在匀强磁场，磁感应强度方向垂直于纸面(xoy平面)向外；在第四象限存在匀强电场，方向沿x轴负方向在y轴正半轴上某点以与x轴正方向平行、大小为v0的速度发射出一带正电荷的粒子，该粒子在(d,0)点沿垂直于x轴的方向进入电场不计粒子重力若该粒子离开电场时速度方向与y轴负方向的夹角为，求：(1)电场强度大小与磁感应强度大小的比值；(2)该粒子在电场中运动的时间4一圆筒的横截面如图所示，其圆心为o，筒内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为b.圆筒左侧有相距为d的平行金属板m、n，其中m板带正电荷，n板带等量负电荷质量为m、电荷量为q的带正电粒子自m板边缘的p处由静止释放，经n板的小孔s以速度v沿半径so方向射入磁场中粒子与圆筒发生3次