高考物理一轮总复习 第八章 磁场第25讲 带电粒子在复合场中的运动课件.pptVIP

磁场 第八章 第25讲带电粒子在复合场中的运动 栏目导航 1 带电粒子在复合场中的运动 1 复合场与组合场 复合场 电场 重力场共存 或其中某两场共存 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 考点带电粒子在复合场中的运动 磁场 2 三种场的比较 mg 竖直向下 路径 重力势能 qe 相同 相反 路径 qu 电势能 qvb 左手 动能 3 带电粒子在复合场中的运动分类 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 将处于静止状态或做 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 匀速直线运动 相等 相反 匀速圆周 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条直线上时 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 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 非匀 2 电场 磁场分区域应用实例 1 质谱仪 构造 如图甲所示 由粒子源 加速电场 偏转磁场和照相底片等构成 2 回旋加速器 构造 如图乙所示 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 3 电场 磁场同区域并存的实例 匀速直线 bv0d 磁场方向 电势差 1 判断正误 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 2 多选 带电粒子在复合场中的匀速圆周运动 如图所示 一带电小球在一正交电场 磁场区域里做匀速圆周运动 电场方向竖直向下 磁场方向垂直纸面向里 则下列说法正确的是 a 小球一定带正电b 小球一定带负电c 小球的绕行方向为顺时针d 改变小球的速度大小 小球将不做圆周运动 bc 3 速度选择器 2016 安徽六安检测 如图所示 一束粒子 不计重力 初速度可忽略 缓慢通过小孔o1进入极板间电压为u的水平加速电场区域 再通过小孔o2射入相互正交的恒定匀强电场 磁场区域 其中磁场的方向如图所示 磁感应强度大小可根据实际要求调节 收集室的小孔o3与o1 o2在同一条水平线上 则收集室收集到的是 a 具有特定质量和特定比荷的粒子b 具有特定速度和特定比荷的粒子c 具有特定质量和特定速度的粒子d 具有特定动能和特定比荷的粒子 b 带电粒子在组合场中的运动问题为高考热点 考查学生对带电粒子在先后出现 或交替出现 的电磁场中的运动分析 性质判断及综合计算能力 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 一带电粒子在组合场中的运动问题 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 带电粒子在组合场中运动 要分段处理 对匀强电场中的匀变速直线运动或类平抛运动 可由牛顿定律及运动学公式求解 对匀强磁场中的匀速圆周运动 要结合几何知识 确定圆心及半径 从而确定磁感应强度和圆心角或时间 确定从电场进入磁场的速度的大小 方向及两场交界处轨迹的几何关系 是解决问题的关键 解决带电粒子在组合场中运动问题的思路方法 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 带电粒子在复合场中的运动问题是历年高考命题的热点 覆盖面大 综合性强 难度大 能力要求高 以计算题呈现 有时也有选择题 1 带电粒子在复合场中无约束情况下的运动主要是以下几种形式 二带电粒子在复合场中的运动问题 2 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 其受力情况随区域发生变化 则其运动过程由几种不同的运动阶段组成 例2 2016 山东济宁 曲阜模拟 如图所示 空间区域 存在匀强电场和匀强磁场 mn pq为磁场区域的理想边界 区域高度为d 区域的高度足够大 匀强电场方向竖直向上 区域磁场的磁感应强度均为b 方向分别垂直纸面向里和向外 一个质量为m 电荷量为q的带电小球从磁场上方的o点由静止开始下落 进入电磁场区域后 恰能做匀速圆周运动 已知重力加速度为g 1 试判断小球的电性并求出电场强度e的大小 2 若带电小球运动一定时间后恰能回到o点 在图中作出小球的运动轨迹 求出释放时距mn的高度h 并求出小球从开始释放到第一次回到o点所经历的时间t 3 试讨论h取不同值时 小球第一次穿出磁场 区域的过程中电场力所做的功w 1 多选 劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器 工作原理示意图如图所示 置于高真空中的半径为r的d形金属盒中 两盒间的狭缝很小 带电粒子穿过的时间可忽略 磁感应强度为b的匀强磁场与盒面垂直 高频交流电频率为f 加速电压为u 若a处粒子源产生的质子质量为m 电荷量为 q 在加速器中被加速 且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响 则下列说法正确的是 a 质子被加速后的最大速度不可能超过2 rfb 质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压u成正比 ac 2 医生做某些特殊手术时 利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度 电磁血流计由一对电极a和b以及磁极n和s构成 磁极间的磁场是均匀的 使用时 两电极a b均与血管壁接触 两触点的连线 磁场方向和血流速度方向两两垂直 如图所示 由于血液中的正负离子随血液一起在磁场中运动 电极a b之间会有微小电势差 在达到平衡时 血管内部的电场可看做是匀强电场 血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零 在某次监测中 两触点间的距离为3 0mm 血管壁的厚度可忽略 两触点间的电势差为160 v 磁感应强度的大小为0 040t 则血流速度的近似值和电极a b的正负为 a 1 3m s a正 b负b 2 7m s a正 b负c 1 3m s a负 b正d 2 7m s a负 b正 a 3 2017 广东广州质检 如图甲所示为一个质量为m 电荷量为 q的圆环 可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动 细杆处于磁感应强度为b的匀强磁场中 不计空气阻力 现给圆环向右的初速度v0 在以后的运动过程中 圆环运动的速度图象可能是图乙中的 ad 解析 带电圆环在磁场中受到向上的洛伦兹力 当重力与洛伦兹力相等时 圆环将做匀速直线运动 a正确 当洛伦兹力大于重力时 圆环受到摩擦力的作用 并且随着速度的减小而减小 圆环将做加速度减小的减速运动 最后做匀速直线运动 d正确 如果重力大于洛伦兹力 圆环也受摩擦力作用 且摩擦力越来越大 圆环将做加速度增大的减速运动 故b c错误 4 2017 山东青岛调研 如图所示 空间的某个复合场区域内存在着方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场 质子由静止开始经一加速电场加速后 垂直于复合场的界面进入并沿直线穿过场区 质子从复合场穿出时的动能为ek 那么氘核同样由静止开始经同一加速电场加速后穿过同一复合场后的动能e k的大小是 a e k ekb e k ekc e k ekd 条件不足 难以确定 b 例1 2016 湖南衡阳诊断 6分 如图所示 实线表示在竖直平面内的电场线 电场线与水平方向成 角 水平方向的匀强磁场与电场正交 有一带电液滴沿斜向上的虚线l做直线运动 l与水平方向成 角 且 则下列说法中不正确的是 a 液滴一定做匀速直线运动b 液滴一定带正电c 电场线方向 定斜向上d 液滴有可能做匀变速直线运动 答题送检 来自阅卷名师报告 规范答题 解析 本题中带电液滴的运动为匀速直线运动 不可能为匀变速直线运动 因为速度变化时洛伦兹力也变化 合力将不在虚线l上 液滴将不能沿虚线l做直线运动 液滴受重力 电场力 洛伦兹力而做匀速直线运动 合力为零 可判断出洛伦兹力与电场力的方向 判断出液滴只有带正电荷才可能合力为零而做匀速直线运动 此时电场线必斜向上 答案 d 例2 2017 江苏南京诊断 6分 如图甲所示是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图 其核心部分是两个d形金属盒 在加速带电粒子时 两金属盒置于匀强磁场中 两盒分别与高