第八章 第3单元 带电粒子在复合场中的运动.ppt

1、2三种场的比较,3带电粒子在复合场中的运动轨迹： （1）若粒子所受合外力为零或合外力在粒子运动的方向上，粒子做_ 直线 _运动。 （2）若粒子所受合外力大小不变，方向始终与粒子的运动方向垂直，粒子做_ 匀速圆周_运动。 （3）若粒子所受合外力与速度既不平行也不垂直，粒子做_ 曲线_运动。,4. 解决带电粒子在复合场中运动的基本方法: 动力学观点；能量观点。,应用升级 1.地球大气层外部有一层复杂的电离 层，既分布有地磁场，也分布有电 场。假设某时刻在该空间中有一小 区域存在如图831所示的电场和 图831 磁场；电场的方向在纸面内斜向左下方，磁场的方向 垂直纸面向里。此时一带电宇宙粒子恰以速度

2、v垂直,于电场和磁场射入该区域，不计重力作用，则在该区域中，有关该带电粒子的运动情况可能的是 () A仍做直线运动 B立即向左下方偏转 C立即向右上方偏转 D可能做匀速圆周运动,解析：比较Eq与Bqv，因二者开始时方向相反，当二者相等时，A正确；当EqBqv时，向电场力方向偏，当EqBqv时，向洛伦兹力方向偏，B、C正确，有电场力存在，粒子不可能做匀速圆周运动，D错 答案：ABC,例1：如图所示，两块水平放置的金属板长L=1.40m，间距为d=0.30m。两板间有B=1.25T，方向垂直纸面向里的匀强磁场。两板电势差U=1.5103v，上板电势高。当t=0时，质量m=2.0010-15kg，电

3、量q= 1.0010-10C的正粒子，以速度V=4.00103m/s从两板中央水平射入。不计重力，试分析： 粒子在两板间如何运动？ 粒子在两板间的运动时间是多少？,解：电场力 F=qE= q =510 -7 N （竖直向下） 洛伦兹力 F=Bqv= 510 -7 N （竖直向上） 即 粒子所受两力平衡 所以，粒子应该做匀速直线运动。 运动的时间 t= =3.510-4s,例1如图，在竖直平面内有一个正交的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度为1T，电场强度为10 N/C，一个带正电的微粒，q=210-6C，质量m=210-6，在这正交的电场的磁场内恰好做匀速直线运动，则带电粒子运动的速度大小多大？方

4、向如何？,mg,mg=210-5N,F=qE,做匀速直线运动,F合=0,f=qvB,v,v=410-5/qB=20m/s,tan=qE/mg,=60,速度方向与电场强度方向成=60角度,例2 如图，水平放置的平行金属板A带正电，B带负电，A、B间距离为d，匀强电场的场强为E，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向里，今有一带电粒子A、B间竖直平面内做半径为R的匀速圆运动，则带电粒子的转动方向为顺时针还是逆时针，速率是多少？,是否考虑重力？,qE,f=qvB,匀速圆周运动的条件：,F合=F向,mg,F合=f=qvB=F向,带负电,qE=mg,v,转动方向为顺时针,qvB=mv2/R,v=qBR

5、/m,m=qE/g,v=BRg/E,【例与练】如图所示，一个质量为m2.010-11kg，电荷量 q1.010-5C 的带电微粒(重力忽略不计)，从静止开始经 U1100V 电压加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场，偏转电场的电压 U2100V金属板长L20cm，两板间距 。 求： (1)微粒进入偏转电场时的速度 v0 的大小； (2)微粒射出偏转电场时的偏转角； (3)若该匀强磁场的宽度为D10cm，为使微粒不会由磁场右边射出，该匀强磁场的磁感应强度B至少多大？,解析（1）由动能定理得：,（2）微粒在偏转电场中做类平抛运动，有：,（3）进入磁场时微粒的速度是： 轨迹如图所示,由几何关系有

6、：,洛伦兹力提供向心力有：,由以上各式可求得：,图828,应用升级 3.1930年劳伦斯制成了世界上第一台回 旋加速器，其原理如图8210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 () 图8210 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离子从电场中获得能量,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、D。 答案：AD,应用升级 2.为监测某化工厂的污水排放量，技 术人员在该厂的排污管末端安装了 如图836所示的流量计。该装 置由绝缘材料制成，长、宽、高分 图83

7、6 别为a、b、c，左右两端开口。在垂直于上下底面方向 加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面,分别固定有金属板作为电极。污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是(),A若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高 B若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高 C污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大 D污水流量Q与U成正比，与a、b无关,答案：D,典题例析 例1在平面直角坐标系xOy中，第 象限存在沿y轴负方向的匀强电场， 第象限存在垂直于坐标平面向外的 匀强磁场，磁感应强度为B。一质量 为m

8、、电荷量为q的带正电的粒子从y轴 正半轴上的M点以速度v0垂直于y轴射入 图837 电场，经x轴上的N点与x轴正方向成60角射入磁场，最后从y轴负半轴上的P点垂直于y轴射出磁场，如图837所示。不计粒子重力，求：,(1)M、N两点间的电势差UMN； (2)粒子在磁场中运动的轨道半径r； (3)粒子从M点运动到P点的总时间t。 思路点拨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。,(1)电子经过x轴负半轴的坐标和此时速度方向与 x轴的方向的夹角； (2)电子再次经过y轴负半轴的坐标。,知识检索 分析带电粒子在复合场中的运动，解题的思路主要有两条

9、线索： (1)力和运动的关系。根据带电粒子所受的力，运用牛顿 第二定律并结合运动学规律求解。 (2)功能关系。根据场力及其他外力对带电粒子做功引起 的能量变化或全过程中的功能关系解决问题。,(2)油滴在P点得到的初速度大小。 (3)油滴在第一象限运动的时间和离开第一象限处的坐标。 审题指导解答本题应注意以下三点： (1)受力平衡，合外力为零； (2)进入第一象限时受力情况、运动情况； (3)画出油滴的运动轨迹。,拓展训练 2.如图8310所示，匀强电场场强 E4 V/m，方向水平向左，匀强磁 场的磁感应强度B2 T，方向垂直 纸面向里，质量m1 kg的带正电小 物体A，从M点沿绝缘粗糙的竖直墙

10、 图8310 壁无初速度下滑，它滑行h0.8 m到N点时脱离墙壁做 曲线运动，在通过P点瞬时A受力平衡，此时其速度与,水平方向成45 角，且P点与M点的高度差为H1.6 m，g取10 m/s2。试求： (1)A沿墙壁下滑时，克服摩擦力做的功Wf是多少？ (2)P点与M点的水平距离s是多少？,答案：(1)6 J(2)0.6 m,1(2012南昌模拟)如图8311为 一“滤速器”装置的示意图，a、b 为水平放置的平行金属板，一束 具有各种不同速率的电子沿水平 图8311 方向经小孔O进入a、b两板之间。为了选取具有某种特 定速率的电子，可在a、b间加上电压，并沿垂直于纸面 的方向加一匀强磁场，使所

11、选电子仍能沿水平直线OO,运动，由O射出。不计重力作用。可能达到上述目的的 办法是 () A使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向里 B使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里 C使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向外 D使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外,解析：电子能沿水平直线运动，则电子所受的电场力与洛伦兹力大小相等方向相反，当a板电势高于b板时，根据左手定则判断，磁场方向应垂直纸面向里，所以A正确C错误；当a板电势低于b板时，根据左手定则判断，磁场方向应垂直纸面向外，所以D正确B错误。 答案：AD,2.(2012佛山模拟)如图8312所示， 某一真空室内充满竖直向下的匀强 电场E

12、，在竖直平面内建立坐标系 xOy，在y0的空间内， 图8312 将一质量为m的带电液滴(可视为质点)自由释放，此液 滴则沿y轴的负方向，以加速度a2g(g为重力加速度),做匀加速直线运动，当液滴运动到坐标原点时，被安置在原点的一个装置瞬间改变了带电性质(液滴所带电荷量和质量均不变)，随后液滴进入y0的空间运动。液滴在y0的空间内的运动过程中 () A重力势能一定不断减小 B电势能一定先减小后增大 C动能不断增大 D动能保持不变,解析：带电液滴在y0的空间内以加速度a2g做匀加速直线运动，可知液滴带正电，且电场力等于重力，当液滴运动到坐标原点时变为负电荷，液滴进入y 0的空间内运动，电场力等于重力，液滴做匀速圆周运动，重力势能先减小后增大，电场力先做负功后做正功，电势能先增大后减小，动能保持不变，故选D。,答案：D,3(2012大同联考)如图8313所示， 宽度为l0.8 m的某一区域存在相互 垂直的匀强电场E与匀强磁场B，其大 小E2108 N/C，B10 T。一带正电 图8313 荷的粒子以某一初速度由M点垂直电场和磁场方向射入， 沿直线运动，从N点离开；若只撤去磁场，则粒子从P 点射出且速度方向发生了45的偏转