2012高三物理一轮复习课件：11.3带电粒子在复合场中的运动.ppt

1、第三课时 专题：带电粒子在复合场中的运动 一、复合场 复合场是指电场、磁场和重力场并存，或其中某两场并存，或分区域存在 二、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力为零时，将处于静止状态或做匀速直线运动 2匀速圆周运动 当带电粒子所受的重力与电场力大小相等，方向相反时，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匀速圆周运动 3较复杂的曲线运动 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，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 三、带电粒子在复合场中运动的应用实例 1速度选择器(如右图所

2、示)(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直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)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qEqvB，即v1在两平行金属板间，有如右图所示的互相正交的匀强电场和匀强磁场粒子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，恰好能沿直线匀速通过供下列各小题选择的答案有 A不偏转B向上偏转 C向下偏转D向纸内或纸外偏转(1)若质子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，质子将()(2)若电子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，电子将()(3)若质子以大于v0的速度，沿垂直于匀强电场和匀强磁

3、场的方向从两板正中央射入，质子将()(4)若增大匀强磁场的磁感应强度，其他条件不变，电子以速度v0沿垂直于电场和磁场的方向，从两极正中央射入，电子将()【解析】不难看出本题的四个小题都是根据发散思维方法设计的为解本题，必须从分析带电粒子在互相正交的匀强电场和匀强磁场中的受力情况入手 设带电粒子的质量为m，带电荷量为q，匀强电场强度为E、匀强磁场的磁感应强度为B.带电粒子以速度v垂直射入互相垂直的匀强电场和匀强磁场上时，若粒子带正电，则所受电场力方向向下，大小为qE；所受磁场力方向向上，大小为Bqv.沿直线匀速通过时，显然有BqvqE，v即匀速直线通过时，带电粒子的速度与其质量、电荷量无关如果粒

4、子带负电，电场方向向上，磁场力方向向下，上述结论仍然成立所以，(1)(2)两小题应选择A.若质子以大于v0的速度射入两板之间，由于磁场力fBqv，磁场力将大于电场力，质子带正电，将向上偏转，第(3)小题应选择B.磁场的磁感应强度B增大时，电子射入的其他条件不变，所受磁场力FBqv0也增大，电子带负电，所受磁场力方向向下，将向下偏转，所以第(4)题应选择C.【答案】(1)A(2)A(3)B(4)C 2磁流体发电机(1)主要构造如右图所示(2)原理：等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的粒子，而从整体来说呈电中性)喷入磁场，正、负粒子在洛伦兹力的作用下发生上下偏转而聚集到A、B板上

5、，产生电势差，设A、B平行金属板的面积为S，相距为L，等离子体的电阻率为，喷入气体速度为v，板间磁场的磁感强度为B，板外电阻为R，当等离子体匀速通过A、B板间时，A、B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，相当于电源电动势E，此时离子受力平衡：3电磁流量计(1)如右图所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体流过导管(2)原理：导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下横向偏转，a、b间出现电势差，形成电场当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定 2(2009高考辽宁、宁夏卷)医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度电磁血

6、流计由一对电极a和b以及一对磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差在达到平衡时，血管内部的电场可看做是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零在某次监测中，两触点间的距离为3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160V，磁感应强度的大小为0.040 T则血流速度的近似值和电极a、b的正负为()A1.3 m/s，a正，b负 B2.7 m/s，a正，b负 C1.3 m/s，a负、b正 D2.7 m/s，a负、b正【

7、解析】根据左手定则，可知a正b负，所以CD错；因为离子在场中所受合力为零，【答案】A 四、“磁偏转”和“电偏转”的差别电偏转磁偏转物理图象 3.AB、CD、EF为三条平行的边界线，AB、CD相距L1，CD、EF相距L2，如右图所示，AB、CD之间有竖直向上的匀强电场，CD、EF之间也有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B.现从A点沿AB方向以速度v0、垂直电场方向射入一带负电的粒子，已知该粒子质量为m，带电荷量为q，不计重力，求：(1)若粒子运动到CD边界时速度方向与CD边成60角，则匀强电场的电场强度为多大？(2)若粒子运动到EF边界时恰好不穿出磁场，则CD、EF之间磁场的磁感应强度B为多

8、大？(3)若保持粒子运动到CD边界时的位置及速度方向不变，只改变粒子速度的大小，则EF边界上有粒子射出范围的最大长度如右图所示，直线OA与y轴成30角，在AOy范围内有沿y轴负方向的匀强电场，在AOx范围内有一个矩形区域的匀强磁场该磁场区域的磁感应强度B0.2 T，方向垂直纸面向里一带电微粒电荷量q21014 C，质量m41020 kg，微粒在y轴上的某点以速度v0垂直于y轴进入匀强电场，并以速度v3104 m/s垂直穿过直线OA，运动中经过矩形磁场区域后，最终又垂直穿过x轴不计微粒重力，求：(结果保留两位有效数字)(1)带电微粒进入电场时的初速度v0多大？(2)带电微粒在磁场中做圆周运动的半

9、径r.(3)画出粒子运动轨迹图并求出最小矩形磁场区域的长和宽(3)画出粒子的运动轨迹如上图所示 设最小矩形磁场区域的长为a，宽为b，由数学知识可知a2r0.60 m brcos 30r0.56 m.解决带电粒子在分离复合场运动问题的思路方法 11：如右图所示，有位于竖直平面上的半径为R的圆形光滑绝缘轨道，其上半部分处于竖直向下、场强为E的匀强电场中，下半部分处于垂直水平面向里的匀强磁场中；质量为m，带正电，电荷量为q的小球，从轨道的水平直径的M端由静止释放，若小球在某一次通过是低点时对轨道的压力为零，求：(1)磁感应强度B的大小；(2)小球对轨道最低点的最大压力；(3)若要小球在圆形轨道内做完

10、整的圆周运动，求小球从轨道的水平直径的M端下滑的最小速度【解析】(1)设小球向右通过最低点时的速率为v，由题意得：如图所示，在x轴下方存在着正交的电场与磁场，电场沿x轴正方向，电场强度E120 N/C，磁场垂直纸面向里，磁感应强度B15 T一个质量m3 g，带电荷量q2103 C的带电小球自y轴上的M点沿直线匀速运动到x轴上的N点，且已知OM4 m在x轴上方存在着正交的电场E2与磁场B2(图中均未画出)，小球在x轴上方做圆周运动，恰好与y轴相切，运动轨迹如上图所示(g10 m/s2，sin 700.6)试求：(1)小球运动的速率v；(2)电场E2的大小和方向；(3)磁场B2的大小和方向 带电粒

11、子(体)在复合场中的运动问题求解要点(1)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(2)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，曲线运动及圆周运动、类平抛运动的条件(3)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(4)常用的物理规律：共点力平衡条件、运动定律、运动学公式、动能定理、能量守恒定律、功能关系、动量定理、动量守恒定律、圆周运动向心力公式等(5)思维方法：常用到力的合成与分解、运动的合成及分解、等效法、假设法、类比法等 21：(2009年重庆卷)如下图，离子源A产生的初速度为零，带电荷量均为e、质量不同的正离子被电压为U0的加速电场加速后匀速

12、通过准直管，垂直射入匀强偏转电场，偏转后通过极板HM上的小孔S离开电场，经过一段匀速直线运动，垂直于边界MN进入磁感应强度为B的匀强磁场已知HOd，HS2d，MNQ90.(忽略离子所受重力)(1)求偏转电场场强E0的大小以及HM与MN的夹角；(2)求质量为4m的离子在磁场中做圆周运动的半径；(3)若质量为4m的离子垂直打在NQ的中点S1处，质量为16m的离子打在S2处，S1和S2之间的距离以及能打在NQ上的正离子的质量范围 1(2009年北京卷)如右图所示的虚线区域内，充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场一带电粒子a(不计重力)以一定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域，恰好沿

13、直线由区域右边界的O点(图中未标出)穿出若撤去该区域内的磁场而保留电场不变，另一个同样的粒子b(不计重力)仍以相同初速度由O点射入，从区域右边界穿出，则粒子b()A穿出位置一定在O点下方 B穿出位置一定在O点上方 C运动时，在电场中的电势能一定减小 D在电场中运动时，动能一定减小【解析】带电粒子的电性可正也可负，当只有电场作用时，粒子穿出位置可能在O点上方，也可能在O点下方电场力一定对粒子做正功，粒子的电势能减小，动能一定增加【答案】C 2目前有一种磁强计，用于测定地磁场的磁感应强度磁强计的原理如右图所示，电路有一段金属导体，它的横截面是宽为a、高为b的长方形，放在沿y轴正方向的匀强磁场中，导

14、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，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动两电极M、N均与金属导体的前后两侧接触，用电压表测出金属导体前后两个侧面间的电势差为U.则磁感应强度的大小和电极M、N的正负为()【答案】C 3如图所示，在x轴上方第一象限内存在垂直纸面向里的匀强磁场，x轴下方存在沿y轴正方向的匀强电场两不计重力的带电粒子分别从电场中的同一点P由静止释放后，它们从M点射入磁场时的速度分别为v1和v2，在磁场中发生偏转，粒子到达y轴离开磁场时，并分别沿与y轴垂直和与y轴正方向成60角的方向射出试求：(1)v1和v2比值为

15、多少？(2)两粒子在磁场中运动的时间t1和t2的比值为多少？【解析】(1)如图所示，设OM间的距离为d，由几何关系得粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径分别为：r1d r2dr2cos 60，得r22d 设PM间的距离为L，带电粒子在电场中加速时【答案】(1)21(2)38 4如右图所示，纸平面内一带电粒子以某一初速度做直线运动，一段时间后进入一垂直纸面向里的圆形匀强磁场区域，粒子飞出磁场后从下板边缘平行于板面进入两平行的金属板间，两板带等量异种电荷，粒子在两板间经偏转后恰好能从上极板边缘飞出已知带电粒子的质量为m，带电荷量为q，其重力不计，粒子进入磁场前的速度与带电金属板面成74角，匀强磁场的磁

16、感应强度为B，带电金属板长为L，间距为d，板间电压为U，则(1)A板带何种电荷？(2)粒子刚进入金属板间时速度为多大？(3)圆形磁场区域的最小面积为多大？【解析】(1)由粒子在磁场中的偏转情况可判断粒子带负电，再由带电粒子在电场中的偏转情况可判断A板带正电，B板带负电 5如右图所示，质量为2 g的小球，带有1103 C负电荷，静置于水平绝缘桌面MN上的P点，P距桌面右端点N的距离为0.5 m，小球与水平桌面之间的动摩擦因数为0.1，桌面MN距水平面OO的高度为1.2 m过N点的竖直虚线右侧存在互相正交的匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向下，场强E20 N/C，磁场方向水平向里，磁感应强度B2.

17、5 T现突然在桌面正上方加一场强也为E，方向水平向左的匀强电场，使小球沿MN运动，最终落到水平面OO上g取10 m/s2，求：(1)小球从P点到刚落到水平面OO所需的时间；(2)小球从P点到刚落到水平面OO的运动过程中，机械能和电势能的改变量各是多少？【解析】(1)根据题意小球从P到N做匀加速直线运动，进入复合场后，因mg2102 N，qE2102 N，所以小球在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动 从P到N的过程有：Eqmgma，解得：a9 m/s2 则小球到N点的速度为vN3 m/s t1vN/a1/3 s 进入复合场后，由qvNB知：轨道半径RmvN/qB2.4 m 又因h1.2 m，则由几何知识可知小球在复合场中运动轨迹对应的圆心角为60 所以t2T/6m/3qB0.8/3 s 故tt1t2(10.8)/3 s1.2 s.【答案】(1)1.2 s(2)1.4102 J