11届高二物理教学案一体化第三章 磁场新人教版选修3-1

29 第九课时第九课时 带电粒子在复合场中运动带电粒子在复合场中运动 自主学习自主学习 一 带电粒子在复合场中的运动情况分析一 带电粒子在复合场中的运动情况分析 1 复合场 指重力场 电场和磁场并存 或其中某两场并存 或分区域存在 粒子连续 运动时 一般要同是考虑重力 洛伦兹力和电场力的作用 2 三种场的不同特点比较 力的特点功和能的特点 重力场 大小 G mg 方向 竖直向下 重力做功与路径无关 重力做功改变物体重力势能 静电场 大小 F qE 方向 正电荷受力方向与 场强方向相同 负电荷受力 方向与场强方向相反 电场力做功与路径无关 W qU 电场力做功改变电势能 磁场 洛伦兹力 F 方向符合左手定则 洛伦兹力不做功 不改变带电 粒子的动能 二 复合场综合应用实例二 复合场综合应用实例 1 1 速度选择器 速度选择器 选择 V E B 的粒子 例例 1 1 如图所示为一速度选择器的原理图 K 为电子枪 由枪中沿水 平方向射出的电子 速率大小不一 当电子通过方向互相垂直的均 匀电场和磁场后 只有一定速率的电子能沿直线前进 并通过小孔 S 设产生匀强电场的场强为 E 垂直纸面的匀强磁场的磁感应强度 为 B 问 速度为多大的电子才能通过小孔 S 问题 1 请在上图中画出带电粒子的受力分析图 正电荷 负电荷 问题 2 带电粒子匀速通过速度选择器的条件 问题 3 当进入速度选择器的带电粒子的速度大于 E B 及小于 E B 会如何 问题 4 假如粒子以速度 E B 从右侧飞入速度选择器还能匀速通过它吗 2 2 磁流体发电机磁流体发电机 例例 2 磁流体发电是一项新兴持术 它可以把气体的内能直接转化 为电能 如图所示是磁流体发电机的模型 匀强磁场磁感应强度 为 B 平行金属板 A B 相距为 d 将一束等离子体 即高温下 电离的气体 含有大量带正电和负电的微粒 而整体呈中性 垂 直喷入磁场 便可在 A B 两板间产生电压 在外电路负载中获 得电流 1 试说明磁流体发电机的原理 2 若等离子体以速度 v 垂直射入磁场 外电流负载电阻为 R 不计等离子气体的电阻 则此发电机的电动势 E 和总功率 P 为多大 K 30 3 3 电磁流量计电磁流量计 例例 3 为了测量某化工厂的污水排放量 技术人员在该厂的排污管末端安装了如图 11 所 示的流量计 该装置由绝缘材料制成 长 宽 高分别为 a b c 左右两端开口 在垂 直于上下底面方向加磁感应强度为 B 的匀强磁场 在前后两个表面内侧固定有金属板作 为电极 污水充满管口从左向右流经该装置时 电压表将显示两个电 极间的屯压 U 若用 Q 表示污水流量 单位时间内流出的污水体积 则 1 污水中既有正离子 也有负离子 前 后表面电势的高低与正 负离子的浓度 关 填 有 或 无 2 前 后表面中心势高的是 表面 填 前 或 后 3 试推出污水流量 Q 与两极间电压 U 的关系式 例 例 如图所示 在竖直平面内有一个正交的匀强电场和匀强磁场 磁感应强度为 1T 电场强度为 10N C 一个带正电的微粒 q 2 10 6C 质量 m 2 10 6 在这正交的3 电场的磁场内恰好做匀速直线运动 则带电粒子运动的速度大 小多大 方向如何 四 课后作业四 课后作业 1 如图所示 有一带电小球 从两竖直的带电平行板上方某高度处自由落下 两板间匀 强磁场方向垂直纸面向外 则小球通过电场 磁场空间时 B A 可能做匀加速直线运动 B 一定做曲线运动 C 只有重力做功 D 电场力对小球一定做正功 2 在图中虚线所围的区域内 存在电场强度为 E 的匀强电场和磁感应强度为 B 的匀强磁 场 已知从左方水平射入的电子 穿过这区域时未发生偏转 设重力可以忽略不计 则在 这区域中的 E 和 B 的方向可能是 A E 和 B 都沿水平方向 并与电子运动的方向相同 B E 和 B 都沿水平方向 并与电子运动的方向相反 C E 竖直向上 B 垂直纸面向外 D E 竖直向上 B 垂直纸面向里 31 3 某空间存在着正交的匀强电场和匀强磁场 匀强电场方向水平向右 匀强磁场方向垂 直于纸面向里 E N C B 1T 现有一个质量 m 2 10 6kg q 2 10 6C 的液滴以多310 大速度运动时能做匀速运动 速度方向如何 4 如图所示 将倾角为 的光滑绝缘斜面固定于水平面上 置于磁感应强度为 B 的匀 强磁场中 一小物体质量为 m 带电量为 q 从斜面顶端由静止开始滑下 已知物体对斜 面的弹力在逐渐减小 则物块带什么电 当物块刚离开斜面时速度为多大 物块在斜面 上所走过的距离为多少 5 如图所示 在 x 轴上方有水平向左的匀强电场 电场强度为 E 在 x 轴下方有垂直于 纸面向里的匀强磁场 磁感应强度为 B 正离子从 M 点垂直于磁场方向 以速度 v 射入 磁场区域 从 N 点以垂直于 x 轴的方向进入电场区域 然后到达 y 轴上的 P 点 若 OP ON 求 离子的入射速度是多少 若离子在磁场中的运动时间为 t1 在电场中的运动时间为 t2 则 t1 t2多大 m q B 32 6 某同学设想用带电粒子的运动轨迹做出 0 8 字样 首先 如图甲所示 在真 空空间的竖直平面内建立坐标系 在和处有两个与轴平行的水xoy 1 0 1my 2 0 1my x 平界面和把空间分成 三个区域 在三个区域中分别存在匀强磁场 PQMN 1 B 其大小满足 方向如图甲所示 在 区域中的轴左右 2 B 3 B 213 220 02TBBB y 两侧还分别存在匀强电场 图中未画出 忽略所有电 磁场的边缘效应 1 E 2 E 是以坐标原点为中心对称的正方形 其边长 现在界面上的处沿ABCDO0 2mL PQA 轴正方向发射一比荷的带正电荷的粒子 其重力不计 粒子恰能沿图中y 8 10 C kg q m 实线途经三点后回到点并做周期性运动 轨迹构成一个 0 字 己知粒子每次穿BCDA 越 区域时均做直线运动 1 求 场的大小和方向 1 E 2 E 2 去掉 和 区域中的匀强电场和磁场 其他条件不变 仍在处以相同的速度发射A 相同的粒子