山东省冠县武训高级中学2013届高三物理总复习 8.3 带电粒子在复合场中的运动课件2

1、第三单元第三单元带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动2 2三种场的比较三种场的比较力的特点力的特点功和能的特点功和能的特点重重力力场场大小：大小：G_方向：方向：_重力做功与路径重力做功与路径_重力做功改变物体的重力做功改变物体的_静静电电场场大小：大小：F_方向：方向：a.正电荷受力方向与场强正电荷受力方向与场强 方向方向_ b.负电荷受力方向与场强负电荷受力方向与场强 方向方向_ 电场力做功与路径电场力做功与路径_W_电场力做功改变电场力做功改变_磁磁场场洛伦兹力洛伦兹力F_方向符合方向符合_定则定则洛伦兹力不做功，不改变带电粒子洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的的_mg竖直向下

2、竖直向下无关无关重力势能重力势能qE相同相同相反相反qvB左手左手无关无关qU电势能电势能动能动能一、复合场一、复合场1定义定义：复合场是指复合场是指 、 和和 并存，或其中某两场并并存，或其中某两场并存，或分区域存在存，或分区域存在电场电场磁场磁场重力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类问题一般只能用能的关系来处理关系来处理3.3.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)(1)直线运动：直线运动：1.1.当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于静止当带电

3、粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于静止状态或做状态或做匀匀速直线运动。速直线运动。(2)(2)匀速圆周运动：匀速圆周运动：(3)(3)其他运动：其他运动：二、电场磁场分区域应用实例二、电场磁场分区域应用实例1 1示波管示波管( (电偏转电偏转) )、电视显像管电视显像管（磁偏转）（磁偏转）2.2.回旋加速器回旋加速器 3.3.质谱仪质谱仪当带电粒子所受的重力与电场力大小相等当带电粒子所受的重力与电场力大小相等，方向方向相反相反时，带电粒子在时，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匀速圆周运动运动2 2当带电粒子所受的合外

4、力与运动方向在一条直线上时，粒子做变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速直线运动EqqvB如图所示，在两平行板间有强度为如图所示，在两平行板间有强度为E的匀强电场，方向竖直向下，一的匀强电场，方向竖直向下，一带电量为带电量为q的负粒子的负粒子(重力不计重力不计)垂直垂直于电场方向以速度于电场方向以速度飞入两极板间飞入两极板间为了使粒子为了使粒子沿直线飞出沿直线飞出，应在垂直，应在垂直于纸面内加一个怎样方向的磁场，于纸面内加一个怎样方向的磁场，其磁感强度为多大？其磁感强度为多大？v-EqqvB分分 析析粒子沿直线飞出粒子沿直线飞出电场力与洛电场力与洛伦兹力的合伦兹

5、力的合力为力为0解：由电场力与洛伦兹力的合力为零可得：解：由电场力与洛伦兹力的合力为零可得：EqqvB vEB 方向：垂直于纸面向内方向：垂直于纸面向内三三. .电场磁场同区域并存应用实例电场磁场同区域并存应用实例1. 1.速度选择器速度选择器讨 论(3)在在E、B确定情况下，若带电粒子能从左确定情况下，若带电粒子能从左侧射入匀速通过电磁场，则从右侧射入能匀侧射入匀速通过电磁场，则从右侧射入能匀速通过吗？速通过吗？(1)在在E、B确定情况下，满足确定情况下，满足 的带电的带电粒子能沿直线飞出，与粒子的粒子能沿直线飞出，与粒子的带电量带电量、电性电性有何关系？有何关系？BEv (2)在在E、B确

6、定情况下，若确定情况下，若 或或 能否直线通过？能否直线通过？BEv BEv 结论速度选择器不但对速度的速度选择器不但对速度的大小大小有限制有限制(只能等于只能等于E/B)，而且对，而且对速度的速度的方向方向进行选择。进行选择。v-EqqvBv-Eq+EqqvB答：与粒子的答：与粒子的带电量、电性带电量、电性无关。无关。Bqv-BEv BEv EqBqv答：答：不能不能直线通过直线通过。-EqqvBvv答：答：不能不能直线通过直线通过。=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与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂

7、直的方向上时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上产生了电势差产生了电势差，这个现象称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 2霍尔效应：霍尔效应：霍尔电势差霍尔电势差nqdBIU 3.3.电磁流量计电磁流量计如图所示，圆形导管直径为如图所示，圆形导管直径为d d，用，用非磁性材料非磁性材料制成，导电液体在管中向左流制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷动，导电液体中的自由电荷( (正、负离子正、负离子) )，在洛伦兹力的作用下横向偏转，在洛伦兹力的作用下横向偏转，a a、b b间出现电势差，形成

8、电场，当自由电荷所受的间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的洛伦兹力洛伦兹力和和电场力电场力平衡时，平衡时，a a、b b间的电势差就保持稳定，即间的电势差就保持稳定，即qvBqvB= =qEqEqU/dqU/d，所以，所以v vU/dBU/dB，因此液体流，因此液体流量量Q QSvSv . .BdU4如图所示，一束在高温下形成的正、负离子（等离子体）以高速如图所示，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

9、场。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，根据左手定则，B B板是板是发电机的正极若磁流体发电机两极板间的距离为发电机的正极若磁流体发电机两极板间的距离为d d，等离子体速度为，等离子体速度为v v，磁场磁感应强度为，磁场磁感应强度为B B，则两极板间能达到的最大电势差，则两极板间能达到的最大电势差U U . .4 4磁流体发电机磁流体发电机dvBdvB2 2正确进行受力分析除重力、弹力、摩擦力外要特别关注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电场力和磁场力的分析四四、带电粒子在复合场中运动的分析方法和思路、带电粒子在复合场中运动的分析方法和思

10、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、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重力场、电场的复合，电场和磁场分区域存在3 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 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 5画出粒子的运动轨迹，灵活选择不同的运动规律画出粒子的运动轨迹，灵活选择不同的运动规律(1)(1)当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，根据受力

11、平衡的方程求解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)(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周运动进行求解(3)(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五五. .例题例题1.(20111.(2011杭州市第一次模拟杭州市第一次模拟) )质谱仪是一种测定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，离子源造原理如图所示，离子源 S

12、S产生的各种不同正离产生的各种不同正离子束子束( (速度可看做为零速度可看做为零) )，经加速电场加速后垂直，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达照相底片进入有界匀强磁场，到达照相底片P P上设离子射上设离子射出磁场出磁场P P的位置到入口处的位置到入口处S S1 1的距离为的距离为x x，下列判断正，下列判断正确的是确的是( () )A A若离子束是同位素，则若离子束是同位素，则x x越大，离子进入磁场时速度越大越大，离子进入磁场时速度越大B B若离子束是同位素，则若离子束是同位素，则x x越大，离子质量越小越大，离子质量越小C C只要只要x x相同，则离子质量一定不相同相同，则离子质

13、量一定不相同D D只要只要x x相同，则离子的比荷一定相同相同，则离子的比荷一定相同 D D2.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，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，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下列说法中正确的是()A A小球受到的洛伦兹力大小不变，

14、方向也不变小球受到的洛伦兹力大小不变，方向也不变B B小球受到的洛伦兹力将不断增大小球受到的洛伦兹力将不断增大C C小球的加速度先减小后增大小球的加速度先减小后增大D D小球的电势能一直减小小球的电势能一直减小C C3.(20113.(2011成都质检成都质检) )如右图所示，区域中存在着匀强磁场如右图所示，区域中存在着匀强磁场( (磁感应强度为磁感应强度为B B) )和和匀强电场匀强电场( (场强为场强为E E) )，且两者平行，但方向相反，质量为，且两者平行，但方向相反，质量为m m，电荷量为，电荷量为q q的粒的粒子子( (不计重力不计重力) )沿电场方向以初速度沿电场方向以初速度v v

15、0 0射入，下列说法中正确的是射入，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粒子速度方向保持不变C粒子所受电场力不断变化粒子所受电场力不断变化D粒子向右的最大位移为粒子向右的最大位移为qEmv220D D4.4.如右图所示，两平行金属板中间有相互正交的如右图所示，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匀强电场和匀强磁场电场强度为E E，磁感应强度，磁感应强度为为B B. .一质子沿极板方向以速度一质子沿极板方向以速度v v0 0从左端射入，并恰从左端射入，并恰好从两板间沿直线穿过不计质子重力，下

16、列说好从两板间沿直线穿过不计质子重力，下列说法正确的（法正确的（ ） A A若质子以小于若质子以小于v v0 0的速度沿极板方向从左端射入，它将向上偏转的速度沿极板方向从左端射入，它将向上偏转B B若质子以速度若质子以速度2 2v v0 0沿极板方向从左端射入，它将沿直线穿过沿极板方向从左端射入，它将沿直线穿过C C若电子以速度若电子以速度v v0 0沿极板方向从左端射入，它将沿直线穿过沿极板方向从左端射入，它将沿直线穿过D D若电子以速度若电子以速度2 2v v0 0沿极板方向从左端射入，它将沿直线穿过沿极板方向从左端射入，它将沿直线穿过C C5.5.如右图所示，质量为如右图所示，质量为m

17、m，带电荷量为带电荷量为q q的微粒以的微粒以速度速度v v与水平方向成与水平方向成4545角进入匀强电场和匀强磁场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（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。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。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匀强电场的电场强度D.匀强磁场的磁感应强匀强磁场的磁感应强度度qmgE2qvmgB A A带电粒子在分离的匀强电场、匀带电

18、粒子在分离的匀强电场、匀强磁场中的运动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解决带电粒子在分离复合场运动问题的思路方法方法带电粒子在叠加复合场中的运动带电粒子在叠加复合场中的运动带电粒子带电粒子(体体)在复合场中的运动问题求解要在复合场中的运动问题求解要点点(1)受力分析是基础在受力分析时是否考虑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、类平抛运动的条件动、类平抛运动的条件(3)根据不同的运动过程

19、及物理模型选择合适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粒子第一次经过电场的过程中电场力所做的功功W1.(2)粒子第粒子第n次经过电场时电场强度的大小次经过电场时电场强度的大小En.(3)粒子第粒子第n次经过电场所用的时间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开电场的过程中，电场强度随时间变化的关系图线图线(不要求写出推导过程，不

20、要求标明坐标刻不要求写出推导过程，不要求标明坐标刻度值度值) 1. 如右图所示，如右图所示，ABC为竖直平面内的光滑绝缘为竖直平面内的光滑绝缘轨道，其中轨道，其中AB为倾斜直轨道，为倾斜直轨道，BC为与为与AB相切相切的圆形轨道，并且圆形轨道处在匀强磁场中，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、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球不带电现将三个小球在轨道AB上分别从上分别从不同高度处由静止释放，都恰好通过圆形轨道不同高度处由静止释放，都恰好通过圆

21、形轨道的最高点，则的最高点，则() A经过最高点时，三个小球的速度相等经过最高点时，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运动过程中三个小球的机械能均保持不变答案：答案：DA小球通过小球通过b点时的速度小于点时的速度小于2 m/sB小球在小球在ab段克服摩擦力做的功与在段克服摩擦力做的功与在bc段段克服摩擦力做的功相等克服摩擦力做的功相等C小球的电势能一定增加小球的电势能一定增加D小球从小球从b到到c重力与电场力做的功可能等重力与电场力做的功可能等于克服阻力做的功于克服阻力做的功 解析：解析：无论小球带正电还是负电，速度增大，摩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，可知小的加速运动，最终受力平衡匀速运动，可知A、B、C错错D对，选对，选D，本题中等难度，本题中等难度答案：答案：DA质谱仪是分析同位素的重要工具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速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里C能通过狭