【优化方案】高考物理总复习 第八章第三节 带电粒子在复合场中的运动课件 新人教版选修31.ppt

第三节带电粒子在复合场中的运动 一 带电粒子在复合场中的运动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 出现 磁场 交替 2 带电粒子在复合场中的运动分类 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 时 将处于静止状态或做匀速直线运动 为零 2 匀速圆周运动当带电粒子所受的 与 大小相等 方向相反时 带电粒子在 的作用下 在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动 重力 电场力 洛伦兹力 3 非匀变速曲线运动当带电粒子所受的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 粒子做非匀变速曲线运动 这时粒子运动轨迹既不是圆弧 也不是抛物线 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 二 带电粒子在复合场中运动的实例分析1 速度选择器 如图8 3 1 图8 3 1 垂直 速度 2 磁流体发电机 如图8 3 2 图8 3 2 1 磁流体发电是一项新兴技术 它可以把 能直接转化为 能 内 电 2 根据左手定则 如图中的b板是发电机 3 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 正极 bdv 3 电磁流量计 1 如图8 3 3所示 一圆形导管直径为d 用非磁性材料制成 其中有可以导电的液体流过导管 图8 3 3 洛伦兹力 电势差 平衡 4 霍尔效应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出现了 这个现象称为霍尔效应 所产生的电势差称为 电势差 或霍尔电压 其原理如图8 3 4所示 图8 3 4 霍尔电势差 特别提示 分析带电粒子在复合场中的运动时 如果没有明确指出 则对于微观粒子如电子 质子 粒子 离子等其重力可忽略不计 对于实际物体 如带电小球 液滴 金属块等一般应考虑重力 一 电偏转和磁偏转的比较 即时应用1 2012 漳州模拟 带电粒子以初速度v0从a点进入匀强磁场 如图8 3 5所示 运动中经过b点 oa ob 若撤去磁场加一个与y轴平行的 图8 3 5 匀强电场 仍以v0从a点进入电场 粒子仍能通过b点 那么电场强度e与磁感应强度b之比为 二 带电粒子在复合场中运动的分析和求解1 带电粒子在复合场中无约束情况下的运动 1 磁场力 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 用平衡条件求解 若重力和洛伦兹力不平衡 则带电体将做复杂的曲线运动 可利用机械能守恒定律求解 2 电场力 磁场力并存 不计重力的微观粒子 若电场力和洛伦兹力平衡 则带电体做匀速直线运动 用平衡条件求解 若电场力和洛伦兹力不平衡 则带电体做复杂的曲线运动 因f洛不做功 可用动能定理求解问题 3 电场力 磁场力 重力并存 若三力平衡 一定做匀速直线运动 用平衡条件求解 若重力与电场力平衡 一定做匀速圆周运动 用平衡条件和牛顿第二定律求解 若合力不为零且与速度方向不垂直 做复杂的曲线运动 因f洛不做功 可用能量守恒或动能定理求解问题 2 带电粒子在复合场中有约束情况下的运动带电体在复合场中受轻杆 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出结果 3 带电粒子在复合场中运动的临界值问题由于带电粒子在复合场中受力情况复杂 运动情况多变 往往出现临界问题 这时应以题目中的 最大 最高 至少 等词语为突破口 挖掘隐含条件 根据临界条件列出辅助方程 再与其他方程联立求解 特别提醒 带电粒子在复合场中运动的问题 往往综合性较强 物理过程复杂 在分析处理该部分的问题时 要充分挖掘题目的隐含信息 利用题目创设的情景 对粒子做好受力分析 运动过程分析 有必要时画出受力分析图和运动过程示意图 培养空间想象能力 分析综合能力 应用数学知识处理物理问题的能力 即时应用2 2012 江西师大附中 临川联考 如图8 3 6所示 空间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场 电场的方向竖直向下 磁场方向水平 图中垂直纸面向里 一带电油滴p恰好处于静止状态 则下列说法正确的是 图8 3 6 a 若仅撤去电场 油滴p可能做匀加速直线运动b 若仅撤去磁场 油滴p可能做匀加速直线运动c 若给油滴p一初速度 油滴p不可能做匀速直线运动d 若给油滴p一初速度 油滴p可能做匀速圆周运动 解析 选d 油滴p能处于静止状态 说明受到的重力和电场力平衡 电场力竖直向上 油滴p带负电荷 若仅撤去电场 刚开始油滴p在重力作用下产生速度 相应油滴p受到磁场产生的洛伦兹力 油滴p不可能做匀加速直线运动 a错误 若仅撤去磁场 油滴p受到的重力 和电场力恒定 始终平衡 油滴p将做匀速直线运动或保持静止状态 不可能做匀加速直线运动 b错误 给油滴p一个初速度时 若速度方向垂直纸面 洛伦兹力为零 油滴p所受合外力为零 则油滴p将垂直纸面做匀速直线运动 故c错误 同理给油滴p的初速度平行纸面的任何方向时 重力和电场力的合力为零 油滴p相当于只受到洛伦兹力作用 将会做匀速圆周运动 d正确 2011 高考大纲全国卷 如图8 3 7 与水平面成45 角的平面mn将空间分成 和 两个区域 一质量 图8 3 7 为m 电荷量为q q 0 的粒子以速度v0从平面mn上的p0点水平向右射入 区 粒子在 区运动时 只受到大小不变 方向竖直向下的电场作用 电场强度大小为e 在 区运动时 只受到匀强磁场的作用 磁感应强度大 小为b 方向垂直于纸面向里 求粒子首次从 区离开时到出发点p0的距离 粒子的重力可以忽略 解析 带电粒子进入电场后 在电场力的作用下做类平抛运动 其加速度方向竖直向下 设其大小为a 由牛顿运动定律得 图8 3 8x1 2r1sin 由几何关系得 45 联立 式得 名师点评 解决这类问题的关键是 1 判定粒子从一个场区进入另一个场区时的位置 速度大小和方向 2 确定粒子在每一个场中的轨迹 满分样板16分 2010 高考安徽卷 如图8 3 9甲所示 宽度为d的竖直狭长区域内 边界为l1 l2 存在垂直纸面向里的 图8 3 9 匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场 如图乙所示 电场强度的大小为e0 e 0表示电场方向竖直向上 t 0时 一带正电 质量为m 1 求微粒所带电荷量q和磁感应强度b的大小 2 求电场变化的周期t 3 改变宽度d 使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域 求t的最小值 方法技巧 1 带电粒子在匀强电场 磁场及重力场中做圆周运动时 重力与电场力平衡 洛伦兹力提供向心力 做直线运动时 三力平衡 2 若所给电场或磁场做周期性变化 注意粒子运动的周期与场变化周期之间的关系 变式训练在地面附近的真空中 存在着竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的磁场 磁场的磁感应强度随时间的变化情况如图8 3 10甲所示 该区域中有一条水平直线mn d是mn上的一点 在t 0时刻 有一个质量为m 电荷量为 q的小球 可看做质点 从m点开始沿着水平方向以速度v0做匀速直线运动 t0 t0未知 时刻恰好到达n点 如图乙所示 经过观测发现 小球在t 2t0至t 3t0时间内的某一时刻 又竖直向下