高中物理电磁感应选修带电粒子在复合场中运动PPT课件

1、本节目录基础再现对点自测基础再现对点自测知能演练轻巧夺冠知能演练轻巧夺冠考点探究讲练互动考点探究讲练互动技法提炼思维升华技法提炼思维升华要点透析直击高考要点透析直击高考第1页/共48页基础再现对点自测基础再现对点自测 知识清单 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 通常从场形式上一般还可分为如下四种情况： 相邻场；重叠场；交替场；交变场磁场交替第2页/共48页 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

2、力_时，将处于静止状态或做匀速直线运动 (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为零第3页/共48页 (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第4页/共48

3、页 二、带电粒子在复合场中运动的实例分析 1速度选择器(如图甲)垂直速度第5页/共48页 2. 磁流体发电机(如图乙) (1)磁流体发电是一项新兴技术， 它可以把_能直接转化为_能 (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_.内电正极Bdv第6页/共48页洛伦兹力电势差平衡第7页/共48页 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其原理 如图丁所示 丁电势差第8页/共48页 热

4、身体验 11.一个电子穿过某一空间而未发生偏转,则() A此空间一定不存在磁场 B此空间一定不存在电场 C此空间可能只有匀强磁场，方向与电子速度垂直 D此空间可能同时有电场和磁场第9页/共48页 12.某空间存在水平方向的匀强电场(图中未画出),带电小球沿如图所示的直线斜向下由A点沿直线向B运动,此空间同时存在由A指向B的匀强磁场，则下列说法正确的是() A小球一定带正电 B小球可能做匀速直线运动 C带电小球一定做匀加速直线运动 D运动过程中，小球的机械能增大第10页/共48页 21.(2013济南模拟)如图所示，a、b是 一对平行金属板，分别接到直流电源两 极上，右边有一挡板，正中间开有一

5、小孔d，在较大空间范围内存在着匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，在a、b两板间还存在着匀强电场E.从两板左侧中点c处射入一束正离子(不计重力)，这些正离子都沿直线运动到右侧，从d孔射出后分成3束则下列判断错误的是() A这三束正离子的速度一定不相同 B这三束正离子的比荷一定不相同 Ca、b两板间的匀强电场方向一定由a指向b D若这三束离子改为带负电而其他条件不变则仍能从d孔射出第11页/共48页 22.在某次发射科学实验卫星“双星”中，放置了一种磁强计，用于测定地磁场的磁感应强度原理如图磁强计的所示，电路中有一段金属导体，它的横截面是宽为a、高为b的长方形，放在沿y轴正方向的匀强

6、磁场中，导体中通有沿x轴正方向、大小为I的电流已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子电荷量为e.金属导电过程中，自由电子做定向移动可视为匀速运动测出金属导体前后两个侧面间的电势差为U.则下列说法正确的是()第12页/共48页第13页/共48页 热身体验答案与解析 11.解析：选D.当空间只有匀强磁场，且电子的运动方向与磁场方向垂直时，受洛伦兹力作用，会发生偏转，C不正确当空间既有电场又有磁场，且两种场力相互平衡时，电子不会发生偏转，A、B不正确，D正确 12.解析：选C.由于重力方向竖直向下，空间存在磁场，且直线运动方向斜向下，与磁场方向相同，故不受磁场力作用，电场力必水平向右，但电场具

7、体方向未知，故不能判断带电小球的电性，选项A错误；重力和电场力的合力不为零，故不是匀速直线运动，所以选项B错误；因为重力与电场力的合力方向与运动方向相同，故小球一定做匀加速运动，选项C正确；运动过程中由于电场力做正功，故机械能增大，选项D错误第14页/共48页 21.解析：选A.因为三束正离子在两极板间都是沿直线运动，电场力等于洛伦兹力，可以判断三束正离子的速度一定相同，且电场方向一定由a指向b，选项A错误，C正确；在右侧磁场中三束正离子做圆周运动的半径不同，可知这三束正离子的比荷一定不相同，选项B正确；若将这三束离子改为带负电，而其他条件不变的情况下受力分析可知，三束离子在两板间仍做匀速直线

8、运动，仍能从d孔射出，选项D正确第15页/共48页第16页/共48页 一、电偏转和磁偏转的比较要点透析直击高考要点透析直击高考电偏转电偏转磁偏转磁偏转受力特征受力特征F电电qE恒力恒力F洛洛qvB变力变力运动性质运动性质匀变速曲线运动匀变速曲线运动匀速圆周运动匀速圆周运动运动轨迹运动轨迹第17页/共48页第18页/共48页第19页/共48页第20页/共48页 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

9、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第21页/共48页 (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

10、，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第22页/共48页 即时应用2如图所示，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，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()第23页/共48页第24页/共48页第25页/共48页考点探究讲练互动考点探究讲练互动第26页/共48页第27页/共48页 (1)求t0时刻射入偏转电场的粒子在磁场边界上的入射点和出射点间的距离； (2)求粒子进入磁场时的最大速度的大小； (3)对于所有进入磁场中的粒子，如果要增大粒子在磁

11、场边界上的入射点和出射点间的距离，应该采取哪些措施？试从理论上推理说明第28页/共48页第29页/共48页第30页/共48页第31页/共48页 【答案】(1)0.4 m(2)1.1105 m/s(3)见解析 【方法总结】解决这类问题的关键是：(1)通过计算，确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)画出粒子在每一个场中的轨迹第32页/共48页 考点2带电粒子在“复合场”中的运动 (2013江南十校联考)如图所示，在水平地面上方有一范围足够大的互相正交的匀强电场和匀强磁场区域，磁场的磁感应强度为B、垂直纸面向里一质量为m、带电荷量为q的带正电微粒在此区域内沿竖直平面(垂直于磁

12、场方向的平面)做速度大小为v的匀速圆周运动，重力加速度为g.第33页/共48页 (1)求此区域内电场强度的大小和方向； (2)若某时刻微粒在复合场中运动到P点时，速度与水平方向的夹角为60，且已知P点与水平地面间的距离等于其做圆周运动的半径，求该微粒运动到最高点时与水平地面间的 距离； (3)当带电微粒运动至最高点时，将电场强度的大小变为原来的1/2(方向不变，且不计电场变化对原磁场的影响)，且带电微粒能落至地面，求带电微粒落至地面时的速度大小第34页/共48页 【解析】(1)由于带电微粒可以在电场、磁场和重力场共存的区域内沿竖直平面做匀速圆周运动，表明带电微粒所受的电场力和重力大小相等、方向

13、相反，因此电场强度的方向竖直向上设电场强度为E，则有mgqE，即Emg/q.第35页/共48页第36页/共48页第37页/共48页 【方法总结】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，只受场力做直线运动时，三场力平衡第38页/共48页 方法技巧粒子在交变电场、磁场中的运动 【范例】(18分)如图甲所示，在地面上方的真空室内，两正对的平行金属板(两金属板足够长，图中只画出了一部分)水平放置，在两极之间有一匀强电场，场强按如图乙所示规律变化(沿y轴正方向为正方向)在两板正中间有一圆形匀强磁场区域,磁感应强度按图丙所示规律变化.如果建立如图甲所示的坐标系

14、,在t0时刻有一质量m9.0109 kg、电荷量q9.0106 C的带正电的小球(可视为质点)，以v010 m/s的初速度沿y轴正方向从O点射入，重力加速度取g10 m/s2.技法提炼思维升华技法提炼思维升华第39页/共48页 (1)分析小球在磁场中的运动，画出运动示意图，并确定小球在匀强磁场中的运动时间及离开时的位置坐标. (2)分析小球离开磁场后做什么运动？确定其到达x轴时的位置坐标.第40页/共48页 寻规探法 批注：分别计算电场力、重力的大小，并确定在电场的前半个周期内电场力的方向，判定二力是否平衡； 批注：若电场力与重力平衡，小球在洛伦兹力作用下，做圆周运动，由于B大小不同，则圆半径、周期都不同，注意找圆周运动周期与B变化周期的关系，B变化周期与E变化周期的关系；弄清小球在磁场区域中的运动情景，并画出运动轨迹； 批注：在磁场中的运动时间与圆周运动周期相关，离开的位置与圆周运动的半径相关； 批注：根据离开磁场后小球的受力情况,判断运动性质； 批注：位置坐标根据运动求解 关键点是采取程序法弄清小球运动与交变电场、磁场周期的关系第41页/共48页第42页/共48页第43页/共48页 【答案】见答题模板第44页/共48页 【方法提炼】解决带电粒子在交变电场、磁场中的运动问题时