高中物理 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)的運(yùn)動(dòng) 新人教版選修2

1、磁場(chǎng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 一、洛倫茲力：1、產(chǎn)生洛倫茲力的條件：（1）電荷對(duì)磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)對(duì)與其相對(duì)靜止的電荷不會(huì)產(chǎn)生洛倫茲力作用（2）電荷的運(yùn)動(dòng)速度方向與磁場(chǎng)方向不平行2、洛倫茲力大?。寒?dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，洛倫茲力為零；當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，洛倫茲力最大，等于qB；3、洛倫茲力的方向：洛倫茲力方向用左手定則判斷4、洛倫茲力不做功二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)1、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)規(guī)律：初速度的特點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)規(guī)律（1） 為靜止?fàn)顟B(tài)（2） 則粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)（3） ，則粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其基本公式為：向心力公式：運(yùn)動(dòng)軌道半徑公式：； 運(yùn)動(dòng)周期公式： 動(dòng)能公式：T

2、或、的兩個(gè)特點(diǎn)：T、和的大小與軌道半徑（R）和運(yùn)行速率（）無(wú)關(guān)，只與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）和粒子的荷質(zhì)比（）有關(guān)。荷質(zhì)比（）相同的帶電粒子，在同樣的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，、和相同。2、解題思路及方法圓運(yùn)動(dòng)的圓心的確定：（1）利用洛侖茲力的方向永遠(yuǎn)指向圓心的特點(diǎn)，只要找到圓運(yùn)動(dòng)兩個(gè)點(diǎn)上的洛侖茲力的方向，其延長(zhǎng)線的交點(diǎn)必為圓心（2）利用圓上弦的中垂線必過(guò)圓心的特點(diǎn)找圓心三、帶電體在復(fù)合場(chǎng)或組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)復(fù)合場(chǎng)是指重力場(chǎng)、電場(chǎng)和磁場(chǎng)三者或其中任意兩者共存于同一區(qū)域的場(chǎng)；組合場(chǎng)是指電場(chǎng)與磁場(chǎng)同時(shí)存在，但不重疊出現(xiàn)在同一區(qū)域的情況帶電體在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（包括平衡），說(shuō)到底仍然是一個(gè)力學(xué)問(wèn)題，只要掌握不同的場(chǎng)對(duì)帶電

3、體作用的特點(diǎn)和差異，從分析帶電體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況著手，充分發(fā)掘隱含條件，建立清晰的物理情景，最終把物理模型轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)表達(dá)式，即可求解解決復(fù)合場(chǎng)或組合場(chǎng)中帶電體運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題可從以下三個(gè)方面入手：1、動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)（牛頓定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)方程）；2、能量觀點(diǎn)（動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒或能量守恒）；3、動(dòng)量觀點(diǎn)（動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律）一般地，對(duì)于微觀粒子，如電子、質(zhì)子、離子等不計(jì)重力，而一些實(shí)際物體，如帶電小球、液滴等應(yīng)考慮其重力有時(shí)也可由題設(shè)條件，結(jié)合受力與運(yùn)動(dòng)分析，確定是否考慮重力【例題解析】例1如圖所示，在第I象限范圍內(nèi)有垂直xOy平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，質(zhì)量為m，電荷量為q的帶電粒子（不計(jì)重

4、力），在xOy平面內(nèi)經(jīng)原點(diǎn)O射入磁場(chǎng)中，初速度為v0，且與x軸成600，試分析并計(jì)算：（1）帶電粒子從何處離開(kāi)磁場(chǎng)？穿越磁場(chǎng)時(shí)運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生的偏轉(zhuǎn)角多大？（2）帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間多長(zhǎng)？例2.圓心為O、半徑為r的圓形區(qū)域中有一個(gè)磁感強(qiáng)度為 B、方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蚶锏膭驈?qiáng)磁場(chǎng)，與區(qū)域邊緣的最短距離為L(zhǎng)的O處有一豎直放置的熒屏MN，今有一質(zhì)量為m的電子以速率v從左側(cè)沿OO方向垂直射入磁場(chǎng)，越出磁場(chǎng)后打在熒光屏上之P點(diǎn)，如圖所示，求OP的長(zhǎng)度和電子通過(guò)磁場(chǎng)所用的時(shí)間。OMNLA例3長(zhǎng)為L(zhǎng)的水平極板間，有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖所示，磁感強(qiáng)度為B，板間距離也為L(zhǎng)，板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為m，電量為q

5、的帶正電粒子（不計(jì)重力），從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁感線以速度v水平射入磁場(chǎng)，欲使粒子不打在極板上，可采用的辦法是：A使粒子的速度v<BqL/4m； B使粒子的速度v>5BqL/4m；C使粒子的速度v>BqL/m； D使粒子速度BqL/4m<v<5BqL/4m。例4如圖所示，勻強(qiáng)電場(chǎng)方向水平向右，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子以速度v與磁場(chǎng)垂直、與電場(chǎng)成450射入復(fù)合場(chǎng)中，恰能做勻速直線運(yùn)動(dòng)。求電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小、磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。例5如圖所示，PQ為一塊長(zhǎng)為l、水平放置的絕緣平板，整個(gè)空間存在著水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)，板的右半部分還存在著垂

6、直于紙面向里的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的物體，從板左端P由靜止開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入磁場(chǎng)后恰做勻速運(yùn)動(dòng)，碰到右端帶控制開(kāi)關(guān)K的擋板后被彈回，且電場(chǎng)立即被撤消，物體在磁場(chǎng)中仍做勻速運(yùn)動(dòng)，離開(kāi)磁場(chǎng)后又做勻減速運(yùn)動(dòng)，最后停在C點(diǎn)，已知PC=，物體與板間動(dòng)摩擦間數(shù)為，求：（1）物體帶何種電荷？（2）物體與板碰撞前后的速度v1和v2（3）電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B各多大？專題訓(xùn)練一、選擇題（在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，至少有一個(gè)選項(xiàng)是符合題意的）× × × × ×× × × × ××

7、× × × ×v0BE1某電子以固定的正電荷為圓心在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向垂直于它的運(yùn)動(dòng)平面，電子所受電場(chǎng)力恰好是磁場(chǎng)對(duì)它作用力的3倍若電子電量為e，質(zhì)量為m，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B那么，電子運(yùn)動(dòng)的角速度可能是（ ）A4Be/mB3Be/m C2Be/mDBe/m 2如圖所示，兩平行金屬板中有相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，帶正電的粒子（不計(jì)粒子的重力）從兩板中央垂直電場(chǎng)、磁場(chǎng)入射它在金屬板間運(yùn)動(dòng)的軌跡為水平直線，如圖中虛線所示若使粒子飛越金屬板間的過(guò)程中向上板偏移，則可以采取下列的正確措施為（ ）A使入射速度增大 B使粒子電量增大 C使電場(chǎng)強(qiáng)度增大

8、D使磁感應(yīng)強(qiáng)度增大 Mv0oPQN3如圖所示，P、Q是兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷，MN是它們連線的中垂線，在垂直紙面的方向上有磁場(chǎng)如果某正電荷以初速度v0沿中垂線MN運(yùn)動(dòng)，不計(jì)重力（ ）A若正電荷做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則所受洛倫茲力的大小不變B若正電荷做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則所受洛倫茲力的大小改變C若正電荷做變速直線運(yùn)動(dòng)，則所受洛倫茲力的大小不變D若正電荷做變速直線運(yùn)動(dòng)，則所受洛倫茲力的大小改變B4回旋加速器是用來(lái)加速帶電粒子的裝置，如圖所示.它的核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩盒相距很近，分別和高頻交流電源相連接，兩盒間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，使帶電粒子每次通過(guò)窄縫都得到加速兩盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于盒底面，

9、帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，通過(guò)兩盒間的窄縫時(shí)反復(fù)被加速，直到達(dá)到最大圓周半徑時(shí)通過(guò)特殊裝置被引出如果用同一回旋加速器分別加速氚核（）和粒子（）比較它們所加的高頻交流電源的周期和獲得的最大動(dòng)能的大小，有 （ ）A加速氚核的交流電源的周期較大，氚核獲得的最大動(dòng)能也較大B加速氚核的交流電源的周期較大，氚核獲得的最大動(dòng)能較小C加速氚核的交流電源的周期較小，氚核獲得的最大動(dòng)能也較小D加速氚核的交流電源的周期較小，氚核獲得的最大動(dòng)能較大5如圖，帶電粒子在沒(méi)有電場(chǎng)和磁場(chǎng)空間以v0從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿x軸方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，若空間只存在垂直于xoy平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，粒子通過(guò)P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為Ek；當(dāng)空間只存在平行于y

10、軸的勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，則粒子通過(guò)P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為（ ）AEk B2Ek C4Ek D5EkIab6如圖所示，銅質(zhì)導(dǎo)電板置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，通電時(shí)銅板中電流方向向上由于磁場(chǎng)的作用，則（ ）A板左側(cè)聚集較多電子，使b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn)電勢(shì)B板左側(cè)聚集較多電子，使a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)C板右側(cè)聚集較多電子，使a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)+ + + + +- - - - - ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´CABD板右側(cè)聚集較多電子，使b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn)電勢(shì)7設(shè)空間存在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)如圖所示，已知

11、一離子在電場(chǎng)力和洛侖茲力的作用下，從靜止開(kāi)始自A點(diǎn)沿曲線ACB運(yùn)動(dòng)，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度為零，C點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn)，忽略重力，以下說(shuō)法正確的是（ ）A這離子必帶正電荷BA點(diǎn)和B點(diǎn)位于同一高度C離子在C點(diǎn)時(shí)速度最大 D離子到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，將沿原曲線返回A點(diǎn)8如圖所示，在一根一端封閉、內(nèi)壁光滑的直管MN內(nèi)有一個(gè)帶正電的小球，空間中充滿豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)開(kāi)始時(shí)，直管水平放置，且小球位于管的封閉端M處現(xiàn)使直管沿水平方向向右勻速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)一段時(shí)間后小球到達(dá)管的開(kāi)口端N處在小球從M到N的過(guò)程中，下述錯(cuò)誤的是 （ ）A磁場(chǎng)力對(duì)小球不做功B直管對(duì)小球做了正功C磁場(chǎng)力的方向一直沿MN方向D小球的運(yùn)動(dòng)軌跡是一曲線9如圖所示，帶

12、電粒子以速度v通過(guò)一個(gè)正方形區(qū)域，不計(jì)粒子的重力，當(dāng)區(qū)域內(nèi)只有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，粒子從A點(diǎn)飛出，所用時(shí)間t1；當(dāng)區(qū)域內(nèi)只有平行紙面豎直方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，粒子從B點(diǎn)飛出，所用時(shí)間為t2，下面說(shuō)法正確的是（ ）A粒子帶負(fù)電荷 Bt1t2 Ct1t2 Dt1t210如圖所示，兩個(gè)半徑相同的半圓形光滑軌道分別豎直放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)中，軌道兩端在同一高度上。兩個(gè)相同的帶正電小球（可視為質(zhì)點(diǎn)的）同時(shí)分別從軌道的左端最高點(diǎn)由靜止釋放，M、N分別為兩軌道的最低點(diǎn)，則 （ ）A兩小球到達(dá)軌道最低點(diǎn)的速度vMvNB兩小球到達(dá)軌道最低點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力NMNNC兩小球第一次到達(dá)最低點(diǎn)的時(shí)間相同D兩小球都能到達(dá)軌道的另一端二、計(jì)算題（要求寫出重要的文字說(shuō)明和方程式）11電子自靜止開(kāi)始經(jīng)M、N板間（兩板間的電壓為u）的電場(chǎng)加速后從A點(diǎn)垂直于磁場(chǎng)邊界射入寬度為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電子離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)的位置P偏離入射方向的距離為L(zhǎng)，如圖所示.