山东省冠县武训高级中学高三物理总复习 8.3 带电粒子在复合场中的运动课件2.ppt

第三单元带电粒子在复合场中的运动 2 三种场的比较 mg 竖直向下 无关 重力势能 qe 相同 相反 qvb 左手 无关 qu 电势能 动能 一 复合场 1 定义 复合场是指 和并存 或其中某两场并存 或分区域存在 电场 磁场 重力场 当带电体所受合力大小与方向均变化时 将做非匀变速曲线运动 这类问题一般只能用能的关系来处理 3 带电粒子在复合场中的运动分类 1 直线运动 1 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直线运动 2 匀速圆周运动 3 其他运动 二 电场磁场分区域应用实例 1 示波管 电偏转 电视显像管 磁偏转 2 回旋加速器 3 质谱仪 当带电粒子所受的重力与电场力大小相等 方向相反时 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匀速圆周运动 2 当带电粒子所受的合外力与运动方向在一条直线上时 粒子做变速直线运动 如图所示 在两平行板间有强度为e的匀强电场 方向竖直向下 一带电量为q的负粒子 重力不计 垂直于电场方向以速度 飞入两极板间为了使粒子沿直线飞出 应在垂直于纸面内加一个怎样方向的磁场 其磁感强度为多大 分析 粒子沿直线飞出 解 由电场力与洛伦兹力的合力为零可得 方向 垂直于纸面向内 三 电场磁场同区域并存应用实例 1 速度选择器 讨论 3 在e b确定情况下 若带电粒子能从左侧射入匀速通过电磁场 则从右侧射入能匀速通过吗 1 在e b确定情况下 满足的带电粒子能沿直线飞出 与粒子的带电量 电性有何关系 2 在e b确定情况下 若或能否直线通过 结论 速度选择器不但对速度的大小有限制 只能等于e b 而且对速度的方向进行选择 答 与粒子的带电量 电性无关 答 不能直线通过 答 不能直线通过 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产生了电势差 这个现象称为霍尔效应 所产生的电势差称为霍尔电势差 其原理如下图所示 2 霍尔效应 霍尔电势差 3 电磁流量计 如图所示 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 当自由电荷所受的洛伦兹力和电场力平衡时 a b间的电势差就保持稳定 即qvb qe qu d 所以v u db 因此液体流量q sv 如图所示 一束在高温下形成的正 负离子 等离子体 以高速v喷入偏转磁场中 在洛伦磁力作用下 正 负离子分别向两级板偏转 积累 从而在两板间形成一定的电势差 两板间形成电场 根据左手定则 b板是发电机的正极 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 4 磁流体发电机 dvb 2 正确进行受力分析 除重力 弹力 摩擦力外要特别关注电场力和磁场力的分析 四 带电粒子在复合场中运动的分析方法和思路 1 弄清楚复合场的组成 一般是由磁场和电场复合 磁场重力场的复合 磁场 重力场 电场的复合 电场和磁场分区域存在 3 确定带电粒子的运动状态 注意运动情况和受力情况的结合进行分析 4 对于粒子连续经过几个不同场的情况 要分段进行分析 处理 5 画出粒子的运动轨迹 灵活选择不同的运动规律 1 当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时 根据受力平衡的方程求解 2 当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时 应用牛顿运动定律结合圆周运动进行求解 3 当带电粒子做复杂的曲线运动时 一般用功能关系进行求解 五 例题 1 2011 杭州市第一次模拟 质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具 它的构造原理如图所示 离子源s产生的各种不同正离子束 速度可看做为零 经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场 到达照相底片p上 设离子射出磁场p的位置到入口处s1的距离为x 下列判断正确的是 a 若离子束是同位素 则x越大 离子进入磁场时速度越大b 若离子束是同位素 则x越大 离子质量越小c 只要x相同 则离子质量一定不相同d 只要x相同 则离子的比荷一定相同 d 2 如右图所示 光滑绝缘杆固定在水平位置上 使其两端分别带上等量同种正电荷q1 q2 杆上套着一带正电小球 整个装置处在一个匀强磁场中 磁感应强度方向垂直纸面向里 将靠近右端的小球从静止开始释放 在小球从右到左的运动过程中 下列说法中正确的是 a 小球受到的洛伦兹力大小不变 方向也不变b 小球受到的洛伦兹力将不断增大c 小球的加速度先减小后增大d 小球的电势能一直减小 c 3 2011 成都质检 如右图所示 区域中存在着匀强磁场 磁感应强度为b 和匀强电场 场强为e 且两者平行 但方向相反 质量为m 电荷量为 q的粒子 不计重力 沿电场方向以初速度v0射入 下列说法中正确的是 a 粒子所受洛伦兹力的方向垂直纸面向外b 粒子速度方向保持不变c 粒子所受电场力不断变化d 粒子向右的最大位移为 d 4 如右图所示 两平行金属板中间有相互正交的匀强电场和匀强磁场 电场强度为e 磁感应强度为b 一质子沿极板方向以速度v0从左端射入 并恰好从两板间沿直线穿过 不计质子重力 下列说法正确的 a 若质子以小于v0的速度沿极板方向从左端射入 它将向上偏转b 若质子以速度2v0沿极板方向从左端射入 它将沿直线穿过c 若电子以速度v0沿极板方向从左端射入 它将沿直线穿过d 若电子以速度2v0沿极板方向从左端射入 它将沿直线穿过 c 5 如右图所示 质量为m 带电荷量为 q的微粒以速度v与水平方向成45 角进入匀强电场和匀强磁场叠加的区域 磁场方向垂直纸面向里 如果微粒做匀速直线运动 则下列说法正确的是 a 微粒受电场力 洛伦兹力 重力三个力作用 b 微粒受电场力 洛伦兹力两个力作用 c 匀强电场的电场强度d 匀强磁场的磁感应强度 a 带电粒子在分离的匀强电场 匀强磁场中的运动 解决带电粒子在分离复合场运动问题的思路方法 带电粒子在叠加复合场中的运动 带电粒子 体 在复合场中的运动问题求解要点 1 受力分析是基础 在受力分析时是否考虑重力必须注意题目条件 2 运动过程分析是关键 在运动过程分析中应注意物体做直线运动 曲线运动及圆周运动 类平抛运动的条件 3 根据不同的运动过程及物理模型选择合适的物理规律列方程求解 1 粒子第一次经过电场的过程中电场力所做的功w1 2 粒子第n次经过电场时电场强度的大小en 3 粒子第n次经过电场所用的时间tn 4 假设粒子在磁场中运动时 电场区域场强为零 请画出从粒子第一次射入磁场至第三次离开电场的过程中 电场强度随时间变化的关系图线 不要求写出推导过程 不要求标明坐标刻度值 1 如右图所示 abc为竖直平面内的光滑绝缘轨道 其中ab为倾斜直轨道 bc为与ab相切的圆形轨道 并且圆形轨道处在匀强磁场中 磁场方向垂直纸面向里 质量相同的甲 乙 丙三个小球中 甲球带正电 乙球带负电 丙球不带电 现将三个小球在轨道ab上分别从不同高度处由静止释放 都恰好通过圆形轨道的最高点 则 a 经过最高点时 三个小球的速度相等b 经过最高点时 甲球的速度最小c 甲球的释放位置比乙球的低d 运动过程中三个小球的机械能均保持不变 答案 d a 小球通过b点时的速度小于2m sb 小球在ab段克服摩擦力做的功与在bc段克服摩擦力做的功相等c 小球的电势能一定增加d 小球从b到c重力与电场力做的功可能等于克服阻力做的功 解析 无论小球带正电还是负电 速度增大 摩擦力逐渐增大 加速度减小 都是做加速度逐渐减小的加速运动 最终受力平衡匀速运动 可知a b c错d对 选d 本题中等难度 答案 d a 质谱仪是分析同位素的重要工具b 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里c 能通过狭缝p的带电粒子的速率大于e bd 粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝p 粒子的荷质比越小 答案 a 当物块从场区飞出后恰好落到出发点 设运动过程中物块带电荷量保持不变 重力加速度为g 求 1 物块刚进入场区时的速度和刚离开场区时距水平面的高度h 2 物块开始运动时的速度 21 带电粒子在交变电磁场中的运动带电粒子在变化的电磁场中常见的运动情境有三种 1 带电粒子做定向运动 2 带电粒子以某位置为中心做往复运动 3 带电粒