复合场中带电粒子的运动课件

1编辑ppt1编辑ppt2编辑ppt2编辑ppt一、复合场1．定义：复合场是指

、

、

并存，或其中某两种场并存，或分区域存在．电场磁场重力场3编辑ppt一、复合场电场磁场重力场3编辑ppt力的特点功和能的特点重力场大小：G＝方向：重力做功与路径重力做功改变物体的静电场大小：F＝方向：正电荷受力方向与场强方向

；负电荷受力方向与场强方向电场力做功与路径

W＝qU电场力做功改变电荷的磁场洛伦兹力F＝

方向符合左手定则洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的2．三种场的比较mg竖直向下无关重力势能qE相同相反无关电势能动能qvBsinθ4编辑ppt力的特点功和能的特点重力场大小：G＝重力做功与路径静电场大(1)当带电粒子所受合力为零时，将处于

或状态．(2)当

提供向心力，其余各力的合力为零时，带电粒子做匀速圆周运动．(3)当带电粒子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量关系来处理．3．带电粒子在复合场中运动的几种情况静止匀速直线运动洛伦兹力5编辑ppt(1)当带电粒子所受合力为零时，将处于或分析带电粒子在复合场中的运动时，必须同时考虑各场的作用，全面正确地分析带电粒子的受力和运动特征，尤其是洛伦兹力会随粒子运动状态的改变而变化．6编辑ppt分析带电粒子二、带电粒子在复合场中运动的典型应用带电粒子在复合场中运动的重要应用，常见以下几种情况7编辑ppt二、带电粒子在复合场中运动的典型应用7编辑ppt1．速度选择器(如图8－3－1所示)(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相

．这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器．(2)带电粒子能够匀速沿直线通过速度选择器的条件是

，即v＝

.垂直qE＝qvB图8－3－18编辑ppt1．速度选择器(如图8－3－1所示)垂直qE＝qvB图8－2．回旋加速器(1)基本构造：回旋加速器的核心部分是放置在磁场中的两个D形的金属扁盒(如图8－3－2所示)，其基本组成为：9编辑ppt2．回旋加速器9编辑ppt①粒子源，②两个D形金属盒，③匀强磁场，④高频电源，⑤粒子引出装置．(2)工作原理①电场加速qU＝ΔEk.②磁场约束偏转＝∝r.③加速条件：高频电源的周期与带电粒子在D形盒中运动的周期

，即T电场＝T回旋＝.相同10编辑ppt①粒子源，②两个D形金属盒，③匀强磁场，④高频电3．磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把

直接转化为

．(2)根据左手定则，如图8－3－3中的B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，磁场的磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差U＝

.物体的内能电能正极Bvd图8－3－311编辑ppt3．磁流体发电机物体的内能电能正极Bvd图8－3－311编辑4．电磁流量计工作原理：如图8－3－4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

和平衡时，a、b间的电势差就保持稳定，即：qvB＝qE＝，所以v＝，因此液体流量电场力洛伦兹力12编辑ppt4．电磁流量计电场力洛伦兹力12编辑ppt5．质谱仪(1)用途：质谱仪是一种测量带电粒子质量和分离

的仪器．(2)原理：如图8－3－5所示，离子源A产生质量为m、电荷量为q的正离子(所受重力不计)．离子出来时速度很小(可忽略不计)，经过电压为U的电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期到达记录它的照相底片D上，测得它在D上的位置到入口处的距离为L，则联立求解得m同位素13编辑ppt5．质谱仪同位素13编辑ppt因此，只要知道q、B、L与U，就可计算出带电粒子的质量m.又因m∝L2，不同质量的同位素从不同处可得到分离，故质谱仪又是分离同位素的重要仪器．14编辑ppt因此，只要知道q、B、L与U，就可计算出带电粒子的质量m.16．霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当与电流方向垂直时，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霍尔电势差，其原理如图8－3－6所示．磁场方向电势差15编辑ppt6．霍尔效应磁场方向电势差15编辑ppt16编辑ppt16编辑ppt17编辑ppt17编辑ppt1.带电粒子在匀强电场、匀强磁场中可能的运动性质在场强为E的匀强电场中在磁感应强度为B的匀强磁场中初速度为零做初速度为零的匀加速直线运动保持静止初速度平行场线做匀变速直线运动做匀速直线运动初速度垂直场线做匀变速曲线运动(类平抛运动)做匀速圆周运动特点受恒力作用，做匀变速运动洛伦兹力不做功，动能不变18编辑ppt1.带电粒子在匀强电场、匀强磁场中可能的运动性质在场强为E的2．“电偏转”和“磁偏转”的比较受力特征①v垂直于B时，FB＝qvB②v不垂直于B时，FB<qvB，FB为变力，只改变v的方向无论v是否与E垂直，FE＝qE，FE为恒力运动规律圆周运动(v⊥B)

类平抛运动(v⊥E)vx＝v0，vy＝x＝v0t，y＝磁偏转电偏转19编辑ppt2．“电偏转”和“磁偏转”的比较受力特征①v垂直于B时，FB磁偏转电偏转偏转情况若没有磁场边界限制，粒子所能偏转的角度不受限制v⊥E，偏转角θE<因做类平抛运动，在相等的时间内偏转角度往往不等动能变化动能不变动能发生变化20编辑ppt磁偏转电偏转偏转情况若没有磁场边界限制，粒子所能偏转的角度不

“电偏转”和“磁偏转”分别是利用电场和磁场对(运动)电荷的电场力和洛伦兹力的作用控制其运动方向和轨迹，要结合不同运动规律灵活处理．21编辑ppt“电偏转”和“磁偏转”分别是利用电场和磁场

(2008·宁夏高考)如图8－3－7所示，在xOy平面的第一象限有一匀强电场，电场的方向平行于y轴向下；在x轴和第四象限的射线OC之间有一匀强磁场，磁感应强度的大小为B，方向垂直于纸面向外．有一质量为m、带电荷量为＋q的质点由电场左侧平行于x轴射入电场．质点到达x轴上A点时，速度方向与x轴的夹角为φ，A点与原点O的距离为d，接着，质点进入磁场，并垂直于OC飞离磁场．不计重力影响．若OC与x轴的夹角为φ，求：(1)粒子在磁场中运动速度的大小；(2)匀强电场的场强大小．图8－3－722编辑ppt

根据粒子在不同区域内的运动特点和受力特点画出轨迹，分别利用类平抛和圆周运动的分析方法列方程求解.23编辑ppt根据粒子在不同区域内的运动特点和受力特点画出轨迹，分别利用类[听课记录]

(1)质点在磁场中的运动轨迹为一圆弧．由于质点飞离磁场时，速度垂直于OC，故圆弧的圆心在OC上．依题意，质点轨迹与x轴的交点为A，过A点作与A点的速度方向垂直的直线，与OC交于O′.如图所示，由几何关系知，AO′垂直于OC，O′是圆弧的圆心．24编辑ppt[听课记录](1)质点在磁场中的运设圆弧的半径为r，则有r＝dsinφ①由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得qvB＝m②将①式代入②式，得v＝sinφ

③(2)质点在电场中的运动为类平抛运动．设质点射入电场的速度为v0，在电场中的加速度为a，运动时间为t，则有25编辑ppt设圆弧的半径为r，则有25编辑pptv0＝vcosφ④vsinφ＝at⑤d＝v0t⑥联立④⑤⑥得a＝⑦设电场强度的大小为E，由牛顿第二定律得qE＝ma⑧联立③⑦⑧得E＝[答案]

(1)

(2)26编辑pptv0＝vcosφ[名师归纳]

处理这类带电粒子在分区域的电场、磁场中的运动问题，首先

，然后找出在两种场的分界线上的两种运动的联系即可解决问题．其中，运动的合成与分解和几何关系的运用是解题的关键.

应分区域单独研究带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，在匀强磁场中做匀速圆周运动27编辑ppt[名师归纳]处理这类带电粒子在分区域的电1．弄清复合场的组成．一般有磁场、电场的复合，磁场、重力场的复合，磁场、电场、重力场三者的复合．2．正确进行受力分析，除重力、弹力、摩擦力外要特别注

意电场力和磁场力的分析．28编辑ppt1．弄清复合场的组成．一般有磁场、电场的复合，磁场、3．确定带电粒子的运动状态，注意运动过程分析和受力分

析的结合．4．对于粒子连续通过几个不同的复合场的问题，要分阶段

进行处理．5．画出粒子运动轨迹，根据条件灵活选择不同的运动学规

律进行求解．29编辑ppt3．确定带电粒子的运动状态，注意运动过程分析和受力分29编辑(1)当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，根据受力平衡列方程求解．(2)当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，应用牛顿定律结合圆周运动规律求解．(3)当带电粒子做复杂曲线运动时，一般用动能定理或能量守恒定律求解．(4)对于临界问题，注意挖掘隐含条件．30编辑ppt(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30(1)电子、质子、α粒子等微观粒子在复合场中运动时一般不

计重力，带电小球、尘埃、液滴等带电颗粒一般要考虑重

力的作用．(2)注意重力、电场力做功与路径无关，洛伦兹力始终和运

动方向垂直、永不做功的特点．31编辑ppt(1)电子、质子、α粒子等微观粒子在复合场中运动时一般不31

(16分)如图8－3－8所示，套在很长的绝缘直棒上的小球，质量为1.0×10－4kg，带4.0×10－4C的正电荷，小球在棒上可以滑动，将此棒竖直放置在沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中，匀强电场的电场强度E＝10N/C，方向水平向右，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5T，方向为垂直于纸面向里，小球与棒间的动摩擦因数为μ＝0.2，求小球由静止沿棒竖直下落的最大加速度和最大速度．(设小球在运动过程中所带电荷量保持不变，g取10m/s2)如图8－3－832编辑ppt(从小球下落过程中受力情况分析入手，确定在运动过程中各个力的变化规律，从而分析物体的运动规律，找出速度最大时的位置特点和受力特点．33编辑ppt从小球下落过程中受力情况分析入手，确定在运动过程中各个33编[满分指导]

带电小球沿绝缘棒下滑过程中，受竖直向下的重力，竖直向上的摩擦力，水平方向的弹力和洛伦兹力及电场力作用．当小球静止时，弹力等于电场力，小球在竖直方向所受摩擦力最小，小球加速度最大．小球运动过程中，弹力等于电场力与洛伦兹力之和，随着小球运动速度的增大，小球所受洛伦兹力增大，小球在竖直方向的摩擦力也随之增大，小球加速度减小，速度增大，当小球的加速度为零时，速度达最大．34编辑ppt[满分指导]带电小球沿绝缘棒下滑过程中，小球刚开始下落时，加速度最大，设为am，这时竖直方向有：mg－f＝mam①(2分)在水平方向上有：qE－N＝0②(2分)又f＝μN

③(2分)由①②③解得am＝代入数据得am＝2m/s2.(2分)小球沿棒竖直下滑，当速度最大时，加速度a＝0在竖直方向上有：mg－f′＝0④(2分)35编辑ppt小球刚开始下落时，加速度最大，设为am，这时35编辑ppt在水平方向上有：qvmB＋qE－N′＝0⑤(2分)又f′＝μN′⑥(2分)由④⑤⑥解得vm＝代入数据得vm＝5m/s.(2分)[答案]

2m/s2

5m/s36编辑ppt在水平方向上有：qvmB＋qE－N′＝0[名师归纳]带电粒子在复合场中运动时，必须注意重力、电场力对带电粒子的运动产生的影响，带电粒子的运动状态的变化又会对洛伦兹力产生影响．而洛伦兹力的变化往往引起其他力的变化，从而导致加速度不断变化．37编辑ppt[名师归纳]带电粒子在复合场中运动时，

1．如图8－3－9所示，足够长的光滑绝缘斜面与水平面间的

夹角为α(sinα＝0.6)，放在水平方向的匀强电场和匀强磁场

中，电场强度E＝50V/m，方向水平向左，磁场方向垂直

于纸面向外．一个电荷量q＝＋4.0×10－2C、质量m＝0.40

kg的光滑小球，以初速度v0＝20m/s从斜面底端向上滑，然后又下滑，共

经过3s脱离斜面．求磁场的磁感应强度．

(g取10m/s2)图8－3－938编辑ppt

图8－3－938编辑ppt解析：小球上滑过程中受力情况如图所示，所以小球离开斜面时正处于下滑状态．小球从开始上滑到离开斜面加速度不变，由牛顿第二定律得：mgsinα＋qEcosα＝ma代入数据得a＝10m/s2小球刚离开斜面时的速度为：39编辑ppt解析：小球上滑过程中受力情况如图所示，所以小球离开斜面时正处v＝v0－at＝(20－10×3)m/s＝－10m/s此时N＝0，则qvB＋qEsinα＝mgcosα所以：B＝＝5T.答案：5T40编辑pptv＝v0－at＝(20－10×3)m/s＝－10m/s答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①若重力和洛伦兹力平衡，则带电粒子做匀速直线运动．②若重力和洛伦兹力不平衡，则带电粒子将做复杂曲线运

动．因F洛不做功，故机械能守恒，由此可求解问题．41编辑ppt1.带电粒子在复合场中无约束情况下的运动41编辑ppt(2)电场力、磁场力并存(不计重力的微观粒子)①若电场力和洛伦兹力平衡，则带电粒子做匀速直线运动．②若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电粒子做复杂曲线运

动．因F洛不做功，故可用动能定理求解问题．42编辑ppt(2)电场力、磁场力并存(不计重力的微观粒子)42(3)电场力、磁场力、重力并存①若三力平衡，带电粒子一定做匀速直线运动．②若重力与电场力平衡，带电粒子一定做匀速圆周运动．③若合力不为零且与速度方向不垂直，带电粒子做复杂的

曲线运动．因F洛不做功，故可用能量守恒或动能定理求解问题．43编辑ppt(3)电场力、磁场力、重力并存43编辑ppt2．带电粒子在复合场中有约束情况下的运动带电粒子在复合场中受轻杆、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，用动能定理、能量守恒定律结合牛顿

运动定律求出结果．44编辑ppt2．带电粒子在复合场中有约束情况下的运动44编辑ppt3．带电粒子在复合场中运动的临界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．45编辑ppt3．带电粒子在复合场中运动的临界问题45编辑ppt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，利用所学物理规律、方法进行求解．46编辑ppt带电粒子在复合场中运动的问题，往往综合性较(16分)(2010·海淀模拟)如图8－3－10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，方向水平并垂直于纸面向里．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.图8－3－1047编辑ppt(16(1)求此区域内电场强度的大小和方向；(2)若某时刻微粒在场中运动到P点时，速度与水平方向的夹角为60°，如图所示，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(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．48编辑ppt(1)求此区域内电场强度的大小和方(1)当带电微粒在复合场中做匀速圆周运动时，重力和电场力平衡，由洛伦兹力提供向心力．(2)正确地画出运动轨迹，再由几何关系找出最高点到地面的距离与轨道半径r的关系．(3)由于洛伦兹力不做功，下落过程中重力和电场力做功，微粒做曲线运动，故运用动能定理解答比较方便．49编辑ppt(1)当带电微粒在复合场中做匀速圆周运动时，重力和电场力平衡[满分指导]

(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，它表明带电微粒所受的电场力和重力大小相等、方向相反，因此电场强度的方向竖直向上．设电场强度为E，则有mg＝qE，即E＝(2分)50编辑ppt[满分指导](1)由于(2)设带电微粒做匀速圆周运动的轨迹半径为r，根据牛顿第二定律和洛伦兹力公式有qvB＝解得r＝(2分)依题意可画出带电微粒做匀速圆周运动的轨迹如图8－3－11所示，由几何关系可知，该微粒运动至最高点时与水平地面间的距离hm＝(4分)图8－3－1151编辑ppt(2)设带电微粒做匀速圆周运动图8－3－11(3)将电场强度的大小变为原来的，则电场力变为原来的，即F电＝(2分)带电微粒运动过程中，洛伦兹力不做功，所以在微粒从最高点运动至地面的过程中，只有重力和电场力做功．设带电微粒落地时的速度大小为v1，根据动能定理有mghm－F电hm＝(4分)解得：v1＝(2分)[答案]

(1)，方向竖直向上52编辑ppt(3)将电场强度的大小变为原来的，则电场力变[名师归纳]

此题中电场、磁场、重力场并存，初始时粒子在场中做匀速圆周运动，说明

，是一对平衡力，粒子做匀速圆周运动的向心力由

提供．当电场强度发生变化时，重力与电场力的合力也发生变化，粒子的运动状态也会发生变化，从而引起洛伦兹力的变化，处理这些问题要利用功能关系进行求解．

粒子所受重力与电场力等大反向洛伦兹力53编辑ppt[名师归纳]此题中电场、磁场、重力场并存2．地面附近空间中存在着水平方向的匀强电场和匀强磁场，已知磁场方向垂直于纸面向里，一个带电油滴沿着一条与竖直方向成α角的直线MN运动，如图8－3－12所示，由此可以判断(

)图8－3－1254编辑ppt2．地面附近空间中存在着水平方向的匀强电场和匀强磁场，图8－A．油滴可能做匀速运动B．油滴可以做变速运动C．如果油滴带负电，它是从M点运动到N点D．如果油滴带正电，它是从N点运动到M点55编辑pptA．油滴可能做匀速运动55编辑ppt解析：由于油滴做直线运动，故受力如图所示．若带正电，油滴应从M点运动到N点，若带负电，应从N点运动到M点，故C、D均错，并且速度恒定，若有变化，F洛即为变力，油滴将做曲线运动．故C．答案：C56编辑ppt解析：由于油滴做直线运动，故受力答案：C56编辑ppt57编辑ppt57编辑ppt[随堂巩固]1．有一个带电荷量为＋q，重为G的小球，从两竖直的带电平行板上方h处自由落下，两极板间匀强磁场的磁感应强度为B，方向如图8－3－13所示，则带电小球通过有电场和磁场的空间时图8－3－1358编辑ppt

A．一定做曲线运动B．不可能做曲线运动C．有可能做匀速运动D．有可能做匀加速直线运动59编辑pptA．一定做曲线运动59编辑ppt解析：带电小球在重力场、电场和磁场中运动，所受重力、电场力是恒力，但受到的洛伦兹力是随速度的变化而变化的变力，因此小球不可能处于平衡状态，也不可能在电、磁场中做匀变速运动．答案：A60编辑ppt解析：带电小球在重力场、电场和磁场中运动，所受重力、电场力是

2．如图8－3－14所示，空间存在竖直向下的匀强电场和水平

方向(垂直于纸面向里)的匀强磁场，一带电粒子在电场力和

洛伦兹力共同作用下，从静止开始自A点沿曲线ACB运动，

到达B点时速度为零，C为运动的最低点，不计重力，则以

下说法不正确的是(

)图8－3－14.61编辑ppt

图8－3－14.61编辑pptA．该粒子必带正电B．A、B两点位于同一高度C．粒子到达C点时的速度最大D．粒子达到B点后将沿原路返回A点62编辑pptA．该粒子必带正电62编辑ppt解析：由左手定则可知粒子带正电；由动能定理可知B、C两项正确；粒子到达B点后向右下方做曲线运动，不会沿原路返回A点，D项错．答案：D63编辑ppt解析：由左手定则可知粒子带正电；由动能定理可知B、C两项正确3．(2008·广东高考)1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图8－3－15所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙．下列说法正确的是(

)A．离子由加速器的中心附近进入加速器B．离子由加速器的边缘进入加速器C．离子从磁场中获得能量

D．离子从磁场和电场中均获得能量64编辑ppt3．(2008·广东高考)1930年劳伦斯制成了世界上第一台解析：离子应从加速器的中心进入加速器，磁场使离子偏转，电场使离子加速，故选A.答案：A65编辑ppt解析：离子应从加速器的中心进入加速器，磁场使离子偏转，电场使4．在真空中，匀强电场方向竖直向下，匀强磁场方向水平(

垂直于纸面向里)．三个油滴带有等量同种电荷，其中a静

止，b向右匀速运动，c向左匀速运动，则它们的重力Ga、

Gb、Gc的关系为(

)A．Ga最大B．Gb最大

C．Gc最大

D．不能确定66编辑ppt4．在真空中，匀强电场方向竖直向下，匀强磁场方向水平(66编解析：由a静止有qE＝Ga，故油滴带负电；由b受力平衡有qE＝Bqv＋Gb；由c受力平衡有qE＋Bqv＝Gc，由此可知三个油滴的重力满足Gc>Ga>Gb，故选项C正确．答案：C67编辑ppt解析：由a静止有qE＝Ga，故油滴带负电；由b受力平衡有qE5．(2010·池州模拟)某塑料球成型机工作时，可以喷出速度v0

＝10m/s的塑料小球，已知喷出小球的质量m＝1.0×10－4

kg，并且在喷出时已带了q＝1.0×10－4C的负电荷，如图8

－3－16所示，小球从喷口飞出后，先滑过长d＝1.5m的水

平光滑的绝缘轨道，而后又经过半径R＝0.4m的圆弧形竖

立的光滑绝缘轨道，今在水平轨道上加上水平向右的电场

强度为E的匀强电场，小球恰好从圆形轨道的最高点M处水

平飞出；若再在圆形轨道区域加上垂直于纸面向里的匀强

磁场，小球则恰好从圆形轨道上与圆心等高的N点脱离轨

道落入放在地面上接地良好的金属容器内，g＝10m/s2，求：68编辑ppt5．(2010·池州模拟)某塑料球成型机工作时，可以喷出速度图8－3－16(1)所加电场的电场强度E；(2)所加磁场的磁感应强度B.69编辑ppt图8－3－1669编辑ppt解析：(1)设小球在M点的速率为v1，只加电场时对小球在M点由牛顿第二定律得：mg＝m在水平轨道上，对小球由动能定理得：qEd＝由以上两式解之得：E＝32V/m70编辑ppt解析：(1)设小球在M点的速率为v1，只加电场时对小球在70(2)设小球在N点的速率为v2，在N点由牛顿第二定律得：qv2B＝m从M点到N点，由机械能守恒定律得：mgR＋解得：B＝5T.答案：(1)32V/m

(2)5T71编辑ppt(2)设小球在N点的速率为v2，在N点由牛顿第二定律得：qv72编辑ppt1编辑ppt73编辑ppt2编辑ppt一、复合场1．定义：复合场是指

、

、

并存，或其中某两种场并存，或分区域存在．电场磁场重力场74编辑ppt一、复合场电场磁场重力场3编辑ppt力的特点功和能的特点重力场大小：G＝方向：重力做功与路径重力做功改变物体的静电场大小：F＝方向：正电荷受力方向与场强方向

；负电荷受力方向与场强方向电场力做功与路径

W＝qU电场力做功改变电荷的磁场洛伦兹力F＝

方向符合左手定则洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的2．三种场的比较mg竖直向下无关重力势能qE相同相反无关电势能动能qvBsinθ75编辑ppt力的特点功和能的特点重力场大小：G＝重力做功与路径静电场大(1)当带电粒子所受合力为零时，将处于

或状态．(2)当

提供向心力，其余各力的合力为零时，带电粒子做匀速圆周运动．(3)当带电粒子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量关系来处理．3．带电粒子在复合场中运动的几种情况静止匀速直线运动洛伦兹力76编辑ppt(1)当带电粒子所受合力为零时，将处于或分析带电粒子在复合场中的运动时，必须同时考虑各场的作用，全面正确地分析带电粒子的受力和运动特征，尤其是洛伦兹力会随粒子运动状态的改变而变化．77编辑ppt分析带电粒子二、带电粒子在复合场中运动的典型应用带电粒子在复合场中运动的重要应用，常见以下几种情况78编辑ppt二、带电粒子在复合场中运动的典型应用7编辑ppt1．速度选择器(如图8－3－1所示)(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相

．这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器．(2)带电粒子能够匀速沿直线通过速度选择器的条件是

，即v＝

.垂直qE＝qvB图8－3－179编辑ppt1．速度选择器(如图8－3－1所示)垂直qE＝qvB图8－2．回旋加速器(1)基本构造：回旋加速器的核心部分是放置在磁场中的两个D形的金属扁盒(如图8－3－2所示)，其基本组成为：80编辑ppt2．回旋加速器9编辑ppt①粒子源，②两个D形金属盒，③匀强磁场，④高频电源，⑤粒子引出装置．(2)工作原理①电场加速qU＝ΔEk.②磁场约束偏转＝∝r.③加速条件：高频电源的周期与带电粒子在D形盒中运动的周期

，即T电场＝T回旋＝.相同81编辑ppt①粒子源，②两个D形金属盒，③匀强磁场，④高频电3．磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把

直接转化为

．(2)根据左手定则，如图8－3－3中的B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，磁场的磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差U＝

.物体的内能电能正极Bvd图8－3－382编辑ppt3．磁流体发电机物体的内能电能正极Bvd图8－3－311编辑4．电磁流量计工作原理：如图8－3－4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

和平衡时，a、b间的电势差就保持稳定，即：qvB＝qE＝，所以v＝，因此液体流量电场力洛伦兹力83编辑ppt4．电磁流量计电场力洛伦兹力12编辑ppt5．质谱仪(1)用途：质谱仪是一种测量带电粒子质量和分离

的仪器．(2)原理：如图8－3－5所示，离子源A产生质量为m、电荷量为q的正离子(所受重力不计)．离子出来时速度很小(可忽略不计)，经过电压为U的电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期到达记录它的照相底片D上，测得它在D上的位置到入口处的距离为L，则联立求解得m同位素84编辑ppt5．质谱仪同位素13编辑ppt因此，只要知道q、B、L与U，就可计算出带电粒子的质量m.又因m∝L2，不同质量的同位素从不同处可得到分离，故质谱仪又是分离同位素的重要仪器．85编辑ppt因此，只要知道q、B、L与U，就可计算出带电粒子的质量m.16．霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当与电流方向垂直时，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霍尔电势差，其原理如图8－3－6所示．磁场方向电势差86编辑ppt6．霍尔效应磁场方向电势差15编辑ppt87编辑ppt16编辑ppt88编辑ppt17编辑ppt1.带电粒子在匀强电场、匀强磁场中可能的运动性质在场强为E的匀强电场中在磁感应强度为B的匀强磁场中初速度为零做初速度为零的匀加速直线运动保持静止初速度平行场线做匀变速直线运动做匀速直线运动初速度垂直场线做匀变速曲线运动(类平抛运动)做匀速圆周运动特点受恒力作用，做匀变速运动洛伦兹力不做功，动能不变89编辑ppt1.带电粒子在匀强电场、匀强磁场中可能的运动性质在场强为E的2．“电偏转”和“磁偏转”的比较受力特征①v垂直于B时，FB＝qvB②v不垂直于B时，FB<qvB，FB为变力，只改变v的方向无论v是否与E垂直，FE＝qE，FE为恒力运动规律圆周运动(v⊥B)

类平抛运动(v⊥E)vx＝v0，vy＝x＝v0t，y＝磁偏转电偏转90编辑ppt2．“电偏转”和“磁偏转”的比较受力特征①v垂直于B时，FB磁偏转电偏转偏转情况若没有磁场边界限制，粒子所能偏转的角度不受限制v⊥E，偏转角θE<因做类平抛运动，在相等的时间内偏转角度往往不等动能变化动能不变动能发生变化91编辑ppt磁偏转电偏转偏转情况若没有磁场边界限制，粒子所能偏转的角度不

“电偏转”和“磁偏转”分别是利用电场和磁场对(运动)电荷的电场力和洛伦兹力的作用控制其运动方向和轨迹，要结合不同运动规律灵活处理．92编辑ppt“电偏转”和“磁偏转”分别是利用电场和磁场

(2008·宁夏高考)如图8－3－7所示，在xOy平面的第一象限有一匀强电场，电场的方向平行于y轴向下；在x轴和第四象限的射线OC之间有一匀强磁场，磁感应强度的大小为B，方向垂直于纸面向外．有一质量为m、带电荷量为＋q的质点由电场左侧平行于x轴射入电场．质点到达x轴上A点时，速度方向与x轴的夹角为φ，A点与原点O的距离为d，接着，质点进入磁场，并垂直于OC飞离磁场．不计重力影响．若OC与x轴的夹角为φ，求：(1)粒子在磁场中运动速度的大小；(2)匀强电场的场强大小．图8－3－793编辑ppt

根据粒子在不同区域内的运动特点和受力特点画出轨迹，分别利用类平抛和圆周运动的分析方法列方程求解.94编辑ppt根据粒子在不同区域内的运动特点和受力特点画出轨迹，分别利用类[听课记录]

(1)质点在磁场中的运动轨迹为一圆弧．由于质点飞离磁场时，速度垂直于OC，故圆弧的圆心在OC上．依题意，质点轨迹与x轴的交点为A，过A点作与A点的速度方向垂直的直线，与OC交于O′.如图所示，由几何关系知，AO′垂直于OC，O′是圆弧的圆心．95编辑ppt[听课记录](1)质点在磁场中的运设圆弧的半径为r，则有r＝dsinφ①由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得qvB＝m②将①式代入②式，得v＝sinφ

③(2)质点在电场中的运动为类平抛运动．设质点射入电场的速度为v0，在电场中的加速度为a，运动时间为t，则有96编辑ppt设圆弧的半径为r，则有25编辑pptv0＝vcosφ④vsinφ＝at⑤d＝v0t⑥联立④⑤⑥得a＝⑦设电场强度的大小为E，由牛顿第二定律得qE＝ma⑧联立③⑦⑧得E＝[答案]

(1)

(2)97编辑pptv0＝vcosφ[名师归纳]

处理这类带电粒子在分区域的电场、磁场中的运动问题，首先

，然后找出在两种场的分界线上的两种运动的联系即可解决问题．其中，运动的合成与分解和几何关系的运用是解题的关键.

应分区域单独研究带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，在匀强磁场中做匀速圆周运动98编辑ppt[名师归纳]处理这类带电粒子在分区域的电1．弄清复合场的组成．一般有磁场、电场的复合，磁场、重力场的复合，磁场、电场、重力场三者的复合．2．正确进行受力分析，除重力、弹力、摩擦力外要特别注

意电场力和磁场力的分析．99编辑ppt1．弄清复合场的组成．一般有磁场、电场的复合，磁场、3．确定带电粒子的运动状态，注意运动过程分析和受力分

析的结合．4．对于粒子连续通过几个不同的复合场的问题，要分阶段

进行处理．5．画出粒子运动轨迹，根据条件灵活选择不同的运动学规

律进行求解．100编辑ppt3．确定带电粒子的运动状态，注意运动过程分析和受力分29编辑(1)当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，根据受力平衡列方程求解．(2)当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，应用牛顿定律结合圆周运动规律求解．(3)当带电粒子做复杂曲线运动时，一般用动能定理或能量守恒定律求解．(4)对于临界问题，注意挖掘隐含条件．101编辑ppt(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30(1)电子、质子、α粒子等微观粒子在复合场中运动时一般不

计重力，带电小球、尘埃、液滴等带电颗粒一般要考虑重

力的作用．(2)注意重力、电场力做功与路径无关，洛伦兹力始终和运

动方向垂直、永不做功的特点．102编辑ppt(1)电子、质子、α粒子等微观粒子在复合场中运动时一般不31

(16分)如图8－3－8所示，套在很长的绝缘直棒上的小球，质量为1.0×10－4kg，带4.0×10－4C的正电荷，小球在棒上可以滑动，将此棒竖直放置在沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中，匀强电场的电场强度E＝10N/C，方向水平向右，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5T，方向为垂直于纸面向里，小球与棒间的动摩擦因数为μ＝0.2，求小球由静止沿棒竖直下落的最大加速度和最大速度．(设小球在运动过程中所带电荷量保持不变，g取10m/s2)如图8－3－8103编辑ppt(从小球下落过程中受力情况分析入手，确定在运动过程中各个力的变化规律，从而分析物体的运动规律，找出速度最大时的位置特点和受力特点．104编辑ppt从小球下落过程中受力情况分析入手，确定在运动过程中各个33编[满分指导]

带电小球沿绝缘棒下滑过程中，受竖直向下的重力，竖直向上的摩擦力，水平方向的弹力和洛伦兹力及电场力作用．当小球静止时，弹力等于电场力，小球在竖直方向所受摩擦力最小，小球加速度最大．小球运动过程中，弹力等于电场力与洛伦兹力之和，随着小球运动速度的增大，小球所受洛伦兹力增大，小球在竖直方向的摩擦力也随之增大，小球加速度减小，速度增大，当小球的加速度为零时，速度达最大．105编辑ppt[满分指导]带电小球沿绝缘棒下滑过程中，小球刚开始下落时，加速度最大，设为am，这时竖直方向有：mg－f＝mam①(2分)在水平方向上有：qE－N＝0②(2分)又f＝μN

③(2分)由①②③解得am＝代入数据得am＝2m/s2.(2分)小球沿棒竖直下滑，当速度最大时，加速度a＝0在竖直方向上有：mg－f′＝0④(2分)106编辑ppt小球刚开始下落时，加速度最大，设为am，这时35编辑ppt在水平方向上有：qvmB＋qE－N′＝0⑤(2分)又f′＝μN′⑥(2分)由④⑤⑥解得vm＝代入数据得vm＝5m/s.(2分)[答案]

2m/s2

5m/s107编辑ppt在水平方向上有：qvmB＋qE－N′＝0[名师归纳]带电粒子在复合场中运动时，必须注意重力、电场力对带电粒子的运动产生的影响，带电粒子的运动状态的变化又会对洛伦兹力产生影响．而洛伦兹力的变化往往引起其他力的变化，从而导致加速度不断变化．108编辑ppt[名师归纳]带电粒子在复合场中运动时，

1．如图8－3－9所示，足够长的光滑绝缘斜面与水平面间的

夹角为α(sinα＝0.6)，放在水平方向的匀强电场和匀强磁场

中，电场强度E＝50V/m，方向水平向左，磁场方向垂直

于纸面向外．一个电荷量q＝＋4.0×10－2C、质量m＝0.40

kg的光滑小球，以初速度v0＝20m/s从斜面底端向上滑，然后又下滑，共

经过3s脱离斜面．求磁场的磁感应强度．

(g取10m/s2)图8－3－9109编辑ppt

图8－3－938编辑ppt解析：小球上滑过程中受力情况如图所示，所以小球离开斜面时正处于下滑状态．小球从开始上滑到离开斜面加速度不变，由牛顿第二定律得：mgsinα＋qEcosα＝ma代入数据得a＝10m/s2小球刚离开斜面时的速度为：110编辑ppt解析：小球上滑过程中受力情况如图所示，所以小球离开斜面时正处v＝v0－at＝(20－10×3)m/s＝－10m/s此时N＝0，则qvB＋qEsinα＝mgcosα所以：B＝＝5T.答案：5T111编辑pptv＝v0－at＝(20－10×3)m/s＝－10m/s答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①若重力和洛伦兹力平衡，则带电粒子做匀速直线运动．②若重力和洛伦兹力不平衡，则带电粒子将做复杂曲线运

动．因F洛不做功，故机械能守恒，由此可求解问题．112编辑ppt1.带电粒子在复合场中无约束情况下的运动41编辑ppt(2)电场力、磁场力并存(不计重力的微观粒子)①若电场力和洛伦兹力平衡，则带电粒子做匀速直线运动．②若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电粒子做复杂曲线运

动．因F洛不做功，故可用动能定理求解问题．113编辑ppt(2)电场力、磁场力并存(不计重力的微观粒子)42(3)电场力、磁场力、重力并存①若三力平衡，带电粒子一定做匀速直线运动．②若重力与电场力平衡，带电粒子一定做匀速圆周运动．③若合力不为零且与速度方向不垂直，带电粒子做复杂的

曲线运动．因F洛不做功，故可用能量守恒或动能定理求解问题．114编辑ppt(3)电场力、磁场力、重力并存43编辑ppt2．带电粒子在复合场中有约束情况下的运动带电粒子在复合场中受轻杆、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，用动能定理、能量守恒定律结合牛顿

运动定律求出结果．115编辑ppt2．带电粒子在复合场中有约束情况下的运动44编辑ppt3．带电粒子在复合场中运动的临界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．116编辑ppt3．带电粒子在复合场中运动的临界问题45编辑ppt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，利用所学物理规律、方法进行求解．117编辑ppt带电粒子在复合场中运动的问题，往往综合性较(16分)(2010·海淀模拟)如图8－3－10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，方向水平并垂直于纸面向里．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.图8－3－10118编辑ppt(16(1)求此区域内电场强度的大小和方向；(2)若某时刻微粒在场中运动到P点时，速度与水平方向的夹角为60°，如图所示，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(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．119编辑ppt(1)求此区域内电场强度的大小和方(1)当带电微粒在复合场中做匀速圆周运动时，重力和电场力平衡，由洛伦兹力提供向心力．(2)正确地画出运动轨迹，再由几何关系找出最高点到地面的距离与轨道半径r的关系．(3)由于洛伦兹力不做功，下落过程中重力和电场力做功，微粒做曲线运动，故运用动能定理解答比较方便．120编辑ppt(1)当带电微粒在复合场中做匀速圆周运动时，重力和电场力平衡[满分指导]

(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，它表明带电微粒所受的电场力和重力大小相等、方向相反，因此电场强度的方向竖直向上．设电场强度为E，则有mg＝qE，即E＝(2分)121编辑ppt[满分指导](1)由于(2)设带电微粒做匀速圆周运动的轨迹半径为r，根据牛顿第二定律和洛伦兹力公式有qvB＝解得r＝(2分)依题意可画出带电微粒做匀速圆周运动的轨迹如图8－3－11所示，由几何关系可知，该微粒运动至最高点时与水平地面间的距离hm＝(4分)图8－3－11122编辑ppt(2)设带电微粒做匀速圆周运动图8－3－11(3)将电场强度的大小变为原来的，则电场力变为原来的，即F电＝(2分)带电微粒运动过程中，洛伦兹力不做功，所以在微粒从最高点运动至地面的过程中，只有重力和电场力做功．设带电微粒落地时的速度大小为v1，根据动能定理有mghm－F电hm＝(4分)解得：v1＝(2分)[答案]

(1)，方向竖直向上123编辑ppt(3)将电场强度的大小变为原来的，则电场力变[名师归纳]

此题中电场、磁场、重力场并存，初始时粒子在场中做匀速圆周运动，说明

，是一对平衡力，粒子做匀速圆周运动的向心力由

提供．当电场强度发生变化时，重力与电场力的合力也发生变化，粒子的运动状态也会发生变化，从而引起洛伦兹力的变化，处理这些问题要利用功能关系进行求解．

粒子所受重力与电场力等大反向洛伦兹力124编辑ppt[名师归纳]此题中电场、磁场、重力场并存2．地面附近空间中存在着水平方向的匀强电场和匀强磁场，已知磁场方向垂直于纸面向里，一个带电油滴沿着一条与竖直方向成α角的直线MN运动，如图8－3－12所示，由此可以判断(

)图8－3－12125编辑ppt2．地面附近空间中存在着水平方向的匀强电场和匀强磁场，图8－A．油滴可能做匀速运动B．油滴可以做变速