高中物理复习讲义第08章第03节

1、第三节带电粒子在复合场中的运动第三节带电粒子在复合场中的运动第八章磁场第八章磁场栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场一、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复合场的分类复合场的分类(1)叠加场：电场、叠加场：电场、_、重力场共存，或其中、重力场共存，或其中某两场共存某两场共存(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、磁场同一区域，电场、磁场_出现出现磁场磁场交替交替栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场2带电粒子在复合场中的运动分类带电粒子在复合场中的运动分类(1)静止或匀速直线运动静止或匀速直线运

2、动当带电粒子在复合场中所受合外力当带电粒子在复合场中所受合外力_时，将处于静止时，将处于静止状态或做匀速直线运动状态或做匀速直线运动(2)匀速圆周运动匀速圆周运动当带电粒子所受的当带电粒子所受的_与与_大小相等、方向相反大小相等、方向相反时，带电粒子在时，带电粒子在_的作用下，在垂直于匀强磁的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动场的平面内做匀速圆周运动(3)非匀变速曲线运动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，且与初速度化，且与初速度方向不在同一条直线上时，粒子做非匀变方向不在同一条直线上时，粒子做非匀变 速曲线运动，这时速

3、曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线为零为零重力重力电场力电场力洛伦兹力洛伦兹力栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场C栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场二、带电粒子在复合场中运动的应用实例二、带电粒子在复合场中运动的应用实例1质谱仪质谱仪(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底片等构成栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场2回旋加速器回旋加速器(1)构造：如图所示，构造：如图所示，D1、D2是半圆是半圆 形金属盒，形金属盒，D形盒的

4、缝隙形盒的缝隙处接处接_电源电源D形盒处于匀强磁场中形盒处于匀强磁场中交流交流栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场qEqvB栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场内内正正BLv栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场D栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场考点一考点一 带电粒子在叠加场中的运动带电粒子在叠加场中的运动考点二考点二 带电粒子在组合场中的运动带电粒子在组合场中的运动栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场考点一带电粒子在叠加场中的运动考点一带电粒子在叠加场中的运动1带电粒子在叠加场中无约束情况下的运动情况分类带电粒子在叠加

5、场中无约束情况下的运动情况分类(1)磁场力、重力并存磁场力、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，由此可求解问题动，因洛伦兹力不做功，故机械能守恒，由此可求解问题(2)电场力、磁场力并存电场力、磁场力并存(不计重力的微观粒子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若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电

6、体将做复杂 的曲线运的曲线运动，因洛伦兹力不做功，可用动能定理求解问题动，因洛伦兹力不做功，可用动能定理求解问题栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场(3)电场力、磁场力、重力并存电场力、磁场力、重力并存若三力平衡，一定做匀速直线运动若三力平衡，一定做匀速直线运动若重力与电场力平衡，一定做匀速圆周运动若重力与电场力平衡，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，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，可用能量守恒或动能定理求解问题因洛伦兹力不做功，可用能量守恒或动能定理求解问题2带电粒子在叠加场中有约束情况下的运动带电粒子在叠加场中有约束

7、情况下的运动带电体在复合场中受轻杆、轻带电体在复合场中受轻杆、轻 绳、圆环、轨绳、圆环、轨 道等道等 约束的约束的 情况情况下，除受场力外，还受弹力、摩擦力作用，常见的运动形式有下，除受场力外，还受弹力、摩擦力作用，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、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能量守恒定律结合牛顿运动定律求出结果栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场 (2014高考四川卷高考四川卷) 如图所示

8、，如图所示，水平放置的不带电的平行金属板水平放置的不带电的平行金属板p和和b相相距距h，与图示电路相连，金属板厚度不，与图示电路相连，金属板厚度不计，忽略边缘效应计，忽略边缘效应p板上表面光滑，板上表面光滑，涂有绝缘层，其上涂有绝缘层，其上O点右侧相距点右侧相距h处有小处有小 孔孔K；b 板板 上有小上有小 孔孔T，且，且O、T在同一条竖直线上，图示平面为竖直在同一条竖直线上，图示平面为竖直 平面质平面质 量量为为m、电荷量为、电荷量为q(q0)的静止粒子被发射装置的静止粒子被发射装置(图中未画出图中未画出)从从O点发射，沿点发射，沿p板上表面运动时间板上表面运动时间t后到达后到达 K孔，不与

9、板碰撞孔，不与板碰撞地进入两板之间粒子视为质点，在图示平面内运地进入两板之间粒子视为质点，在图示平面内运 动，电荷动，电荷量保持不变，不计空气阻力，重力加速度大小为量保持不变，不计空气阻力，重力加速度大小为g.栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场审题点睛审题点睛(1)粒子从粒子从O到到K做什么运动？发射装置对粒子做做什么运动？发射装置对粒子做的功与粒子的动能有何关系？的功与粒子的动能有何关系？(2)第第(2)问中，粒子在两板间受哪些力？做什么运动？问中，粒子在两板间受哪些力？做什么运动？(3)第第(3)问中，电场力与重力平衡，再加上合适的磁场，粒子问中，电场

10、力与重力平衡，再加上合适的磁场，粒子做什么运动？离开磁场区域后，粒子做什么运动？要使粒子做什么运动？离开磁场区域后，粒子做什么运动？要使粒子能通过能通过T孔，离开磁场时的速度方向应满足什么条件？孔，离开磁场时的速度方向应满足什么条件？栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场AC栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场考点二带电粒子在组合场中的运动考点二带电粒子在组合场中的运动带电粒子在组合

11、场中的运动，实际上是几个典型运动过带电粒子在组合场中的运动，实际上是几个典型运动过 程的程的组合，因此解决这类问题要分段处理，找出各分段之组合，因此解决这类问题要分段处理，找出各分段之 间的衔间的衔接点和相关物理量，问题即可迎刃而解常见类型如下：接点和相关物理量，问题即可迎刃而解常见类型如下：1从电场进入磁场从电场进入磁场(1)粒子先在电场中做加速直线运动，然后进入磁场做圆粒子先在电场中做加速直线运动，然后进入磁场做圆 周运周运动在电场中利用动能定理或运动学公式求粒子刚进入动在电场中利用动能定理或运动学公式求粒子刚进入 磁场磁场时的速度时的速度(2)粒子先在电场中做类平抛运动，然后进入磁场做圆

12、周运粒子先在电场中做类平抛运动，然后进入磁场做圆周运动在电场中利用平抛运动知识求粒子进入磁场时的速度动在电场中利用平抛运动知识求粒子进入磁场时的速度.栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场2从磁场进入电场从磁场进入电场(1)粒子进入电场时的速度与电场方向相同或相反，做匀变粒子进入电场时的速度与电场方向相同或相反，做匀变速直线运动速直线运动(不计重力不计重力)(2)粒子进入电场时的速度方向与电场方向垂直，做类平抛粒子进入电场时的速度方向与电场方向垂直，做类平抛运动运动栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场 (2013高考安徽卷高考安徽卷) 如图所示的平如图所示的平面直角坐标系面直角坐标系xOy，在第

13、，在第象限内有平行于象限内有平行于y轴的匀强电场，方向沿轴的匀强电场，方向沿y轴正方向；在第轴正方向；在第象限的正三角形象限的正三角形abc区域内有匀强磁场，方区域内有匀强磁场，方向垂直于向垂直于xOy平面向里，正三角形边长为平面向里，正三角形边长为L，且且ab边与边与y轴平行一质量为轴平行一质量为m、电荷量为、电荷量为q的粒子，从的粒子，从y轴上轴上的的P(0，h)点，以大小为点，以大小为v0的速度沿的速度沿x轴正方向射轴正方向射 入电入电 场，通场，通过电场后从过电场后从x轴上的轴上的a(2h,0)点进入第点进入第象限，又象限，又 经过磁场从经过磁场从y轴上的某点进入第轴上的某点进入第象限

14、，且速度与象限，且速度与y轴负方向成轴负方向成45角，不角，不计粒子所受的重力求：计粒子所受的重力求：栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场(1)电场强度电场强度E的大小；的大小；(2)粒子到达粒子到达a点时速度的大小和方向；点时速度的大小和方向；(3)abc区域内磁场的磁感应强度区域内磁场的磁感应强度B的最小值的最小值栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场方法总结方法总结解决带电粒子在组合场中的运动问题的思路解决带电粒子在组合场中的运动问题的思路(1)首先明确每个场的性质、方向、强弱和范围；首先明确每个场的性质、方向、强弱和范围；(2)对带电粒子进行受力分析，

15、确定带电粒子的运动性质，对带电粒子进行受力分析，确定带电粒子的运动性质，分析粒子的运动过程，画出运动轨迹；分析粒子的运动过程，画出运动轨迹；(3)通过分析，确定粒子从一个场区进入另一场区时的位置、通过分析，确定粒子从一个场区进入另一场区时的位置、速度大小和方向是解题的关键速度大小和方向是解题的关键栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场方法技巧方法技巧带电粒子在交变电场、磁场中的运动带电粒子在交变电场、磁场中的运动栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场栏目栏

16、目导引导引第八章磁场第八章磁场审题点睛审题点睛(1)N1Q段的直线运动分析：受力平衡段的直线运动分析：受力平衡(2)圆周运动分析：重力与电场力平衡、洛伦兹力提供向心力圆周运动分析：重力与电场力平衡、洛伦兹力提供向心力.(3)直线运动的时间圆周运动的时间周期直线运动的时间圆周运动的时间周期(4)磁场宽度的临界值：磁场宽度的临界值：d2R.栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场栏目栏目导引导引第八章磁场第八章磁场方法提炼方法提炼(1)解决带电粒子在交变电场、磁场中的运动问解决带电粒子在交变电场、磁场中的运动问题时，关键要明确粒子在不同时间段内、不同区域内的受力题时，关键要明确粒子在不同时间段内、不同区域内的受力特性，对粒子的运动情景、运动性质做出判断特性，对粒子的运动情景、运动性质做出判断(2)这类问题一般都具有周期性，在分析粒子运动时，要注意这类问题一般都具有周期性，在分析粒子运动时，要注意粒子的运动周期、电场周期、磁场周期的关系粒子的运动周期、电场周期、磁场周期的关系(3)带电粒子在交变电磁场中运动仍遵循牛顿运动定律、运动带电粒子在交变电磁场中运动仍遵循牛顿运动定律、运动的合成与分解、动能定理、能量守恒定律等力学规律，所以的合成与分解、动能定理、能量