高考物理 第五課時 帶電粒子在復合場中的運動導與練復習課件

1、2012高三物理復習課件（導與練福建）第8章第五課時帶電粒子在復合場中的運動1知道帶電粒子在復合場中的運動特點及規(guī)律2能用力的觀點、運動的觀點、能量的觀點熟練解決相關問題3知道速度選擇器，回旋加速器、質譜儀、電磁流量計、磁流體發(fā)電機的原理和基本構造，會分析相關問題1復合場(1)定義：復合場是指電場、磁場、重力場并存，或其中某兩場并存(2)三種場的比較2帶電粒子在復合場中的運動分類(1)靜止或勻速直線運動：當帶電粒子在復合場中所受合外力為零時，將處于靜止狀態(tài)或做勻速直線運動(2)勻速圓周運動：當帶電粒子所受的重力與電場力大小相等，方向相反時，帶電粒子在洛倫茲力的作用下，在垂直于勻強磁場的平面內做

2、勻速圓周運動(3)非勻變速曲線運動：當帶電粒子所受合力大小與方向均變化時，將做非勻變速曲線運動，這類問題一般只能用能量關系來處理(4)分階段運動：帶電粒子可能依次通過幾個情況不同的復合場區(qū)域，其運動情況隨區(qū)域發(fā)生變化，其運動過程由幾種不同的運動階段組成，目前這一類問題是高考熱點 帶電粒子若在重力、電場力(為恒力時)及洛倫茲力共同作用下做直線運動時，則一定為勻速直線運動，且三力合力為零 (5)霍爾效應構造：如圖所示(載流子為正電荷為例)原理：將一金屬板放在垂直于板面的磁場中，當有電流通過時，運動電荷會在洛倫茲力作用下向金屬板某一邊偏轉，這樣便在金屬板兩邊分別聚集了正、負電荷如果用電壓表測量，可以

3、測出金屬板兩邊存在電壓(如圖)這一現(xiàn)象通常被稱為霍爾效應，以此原理設計的元器件稱為霍爾元件 在速度選擇器、磁流體發(fā)電機、霍爾效應、電磁流量計等實例中，都有一個重要關系，即最終穩(wěn)定時都有電場力與磁場力大小相等的條件，這也是解決此類問題的關鍵點 ，即qEqvB. (對應學生用書第120頁)1地球大氣層外部有一層復雜的電離層，既分布有地磁場，也分布有電場假設某時刻在該空間中有一小區(qū)域存在如圖所示的電場和磁場；電場的方向在紙面內斜向左下方，磁場的方向垂直紙面向里此時一帶電宇宙粒子恰以速度v垂直于電場和磁場射入該區(qū)域，不計重力作用，則在該區(qū)域中，有關該帶電粒子的運動情況不可能的是(D)A仍做直線運動 B

4、立即向左下方偏轉C立即向右上方偏轉 D可能做勻速圓周運動解析：若帶正電荷，受力如圖所示：若EqqvB，直線運動，EqqvB，向左下方偏轉，EqqvB，向右上方偏轉，但無法做勻速圓周運動，同理若帶負電，三種情況同上，選擇D項2如圖所示，一個質量為m的帶電液滴在相互垂直的勻強電場和勻強磁場中的豎直平面內做半徑為R的勻速圓周運動，那么該液滴(B)A一定帶正電，且沿逆時針方向轉動B一定帶負電，且沿順時針方向轉動C一定帶負電，繞行方向不明D帶什么電，繞行方向不確定解析：由題圖可知，提供向心力的只能是洛倫茲力，帶電液滴所受電場力和重力大小相等方向相反，即帶電液滴所受電場力方向向上，與電場方向相反，所以帶電

5、性質為負電；由于洛倫茲力必指向圓心，由左手定則可知，帶電液滴必沿順時針方向轉動3如圖所示，a、b是一對平行金屬板，分別接到直流電源兩極上，右邊有一擋板，正中間開有一小孔d，在較大空間范圍內存在著勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直紙面向里，在a、b兩板間還存在著勻強電場E.從兩板左側中點c處射入一束正離子(不計重力)，這些正離子都沿直線運動到右側，從d孔射出后分成3束則下列判斷正確的是(D)A這三束正離子的速度一定不相同B這三束正離子的質量一定不相同C這三束正離子的電荷量一定不相同D這三束正離子的比荷一定不相同 帶電粒子在復合場中有約束情況下的運動帶電體在復合場中受輕桿、輕繩、圓環(huán)、軌道等約

6、束的情況下，常見的運動形式有直線運動和圓周運動，此時解題要通過受力分析明確變力、恒力做功情況，并注意洛倫茲力不做功的特點，用動能定理、能量守恒定律結合牛頓運動定律求出結果【例1】 如圖所示，絕緣直棒上的小球，其質量為m、帶電荷量是q，小球可在棒上滑動將此棒豎直放在互相垂直且沿水平方向的勻強電場和勻強磁場中，電場強度是E，磁感應強度是B，小球與棒間的動摩擦因數(shù)為，已知mgqE，求小球由靜止沿棒下滑的最大加速度和最大速度的大小(小球所帶電荷量不變)思路點撥：(1)將小球釋放瞬間，小球受到哪些力的作用？重力、電場力、彈力、摩擦力(2)小球下滑過程中，由于洛倫茲力的變化，小球所受彈力、摩擦力如何變化？

7、(3)小球下滑過程中何時加速度最大，何時速度最大？ 洛倫茲力作用下的非勻速運動分析要點：(1)明確洛倫茲力的方向特點，總是與速度方向垂直，不改變速度的大小(2)洛倫茲力不做功，在應用機械能守恒定律、動能定理時要特別注意這一點(3)注意洛倫茲力可能是恒力，也可能是變力，很多問題中往往就是利用速度變化引起洛倫茲力的變化，從而改變了物體的受力情況，以改變物體的運動狀態(tài)針對訓練11：如圖所示，在磁感應強度為B的水平勻強磁場中，有一足夠長的絕緣細棒OO在豎直面內垂直于磁場方向放置，細棒與水平面夾角為.一質量為m、帶電荷量為q的圓環(huán)A套在OO棒上，圓環(huán)與棒間的動摩擦因數(shù)為，且tan .現(xiàn)讓圓環(huán)A由靜止開始

8、下滑，試問圓環(huán)在下滑過程中：(1)圓環(huán)A的最大加速度為多大？獲得最大加速度時的速度為多大？(2)圓環(huán)A能夠達到的最大速度為多大？ 帶電粒子在組合場中的運動1在電場、磁場中粒子重力是否考慮的三種情況(1)對于微觀粒子，如電子、質子、離子等，因為其重力一般情況下與電場力或磁場力相比太小，可以忽略；而對于一些實際物體，如帶電小球、液滴等一般應當考慮其重力(2)在題目中有明確說明是否要考慮重力的，這種情況比較正規(guī)，也比較簡單(3)不能直接判斷是否要考慮重力的，在進行受力分析與運動分析時，要由分析結果確定是否要考慮重力2磁偏轉和電偏轉的比較如圖所示3.分析方法和一般思路(1)正確受力分析，除重力、彈力、

9、摩擦力外要特別注意靜電力和磁場力分析(2)粒子在分區(qū)域的電場、磁場中運動時，一般在電場中做類平拋運動，在磁場中做勻速圓周運動，然后找出在兩種場的分界線上的兩種運動的聯(lián)系即可解決問題其中，運動的合成與分解及幾何關系的運用是關鍵【例2】 (14分)如圖所示，在xOy平面的第一象限有一勻強電場，電場的方向平行于y軸向下；在x軸和第四象限的射線OC之間有一勻強磁場，磁感應強度的大小為B，方向垂直于紙面向外有一質量為m，帶有電荷量q的質點由電場左側平行于x軸射入電場質點到達x軸上A點時，速度方向與x軸的夾角為，A點與原點O的距離為d.接著，質點進入磁場，并垂直于OC飛離磁場不計重力影響若OC與x軸的夾角

10、也為，求：(1)質點在磁場中運動速度的大?。?2)勻強電場的場強大小 處理帶電粒子在分區(qū)域的電場、磁場中運動時，關鍵是找出兩種場的分界線上的兩種運動的聯(lián)系針對訓練21：(2011年西城區(qū)期末)如圖所示，相距為R的兩塊平行金屬板M、N正對著放置，S1、S2分別為M、N板上的小孔，S1、S2、O三點共線，它們的連線垂直M、N，且S2OR.以O為圓心、R為半徑的圓形區(qū)域內存在磁感應強度為B、方向垂直紙面向外的勻強磁場D為收集板，板上各點到O點的距離以及板兩端點的距離都為2R，板兩端點的連線垂直M、N板質量為m、帶電荷量為q的粒子，經S1進入M、N間的電場后，通過S2進入磁場粒子在S1處的速度和粒子所

11、受的重力均不計(1)當M、N間的電壓為U時，求粒子進入磁場時速度的大小v；(2)若粒子恰好打在收集板D的中點上，求M、N間的電壓值U0；(3)當M、N間的電壓不同時，粒子從S1到打在D上經歷的時間t會不同，求t的最小值考點一：帶電粒子在復合場中有約束情況下的運動【例1】 (基礎題)如圖所示，在磁感應強度為B的勻強磁場中，有一與磁感線垂直且水平放置的、長為L的擺線，拴一質量為m、帶有q電荷量的擺球(可視為質點)，擺球由靜止釋放，試求擺球通過最低位置時繩上的拉力F.考點二：霍爾效應(2010年福建卷，20)如圖所示的裝置，左半部為速度選擇器，右半部為勻強的偏轉電場一束同位素離子流從狹縫S1射入速度

12、選擇器，能夠沿直線通過速度選擇器并從狹縫S2射出的離子，又沿著與電場垂直的方向，立即進入場強大小為E的偏轉電場，最后打在照相底片D上已知同位素離子的電荷量為q(q0)，速度選擇器內部存在著相互垂直的場強大小為E0的勻強電場和磁感應強度大小為B0的勻強磁場，照相底片D與狹縫S1、S2的連線平行且距離為L，忽略重力的影響(1)求從狹縫S2射出的離子速度v0的大?。?2)若打在照相底片上的離子在偏轉電場中沿速度v0方向飛行的距離為x，求出x與離子質量m之間的關系式(用E0、B0、E、q、m、L表示) (1)本題考查帶電粒子在復合場中的運動(2)解題關鍵是受力分析和判斷物體的運動及組合場分界線處兩種運

13、動的聯(lián)系【測控導航】 考點題號1.有約束條件的運動32.在組合場中的運動6、73.在復合場中的運動1、2、8、94.復合場中的應用實例4、51(2010年肇慶模擬)如圖所示，水平放置的平行金屬板a、b帶有等量異種電荷，a板帶正電，兩板間有垂直于紙面向里的勻強磁場，若一個帶正電的液滴在兩板間做直線運動，其運動方向是(D)A沿豎直方向向下 B沿豎直方向向上C沿水平方向向左 D沿水平方向向右解析：帶正電的液滴一定會受到豎直向下的重力和電場力；A、B、C選項中，帶電液滴還將受洛倫茲力作用，且其與重力、電場力的合力方向與運動方向不在一條直線上，都會做曲線運動；選項D中，帶電液滴受洛倫茲力豎直向上，若洛倫

14、茲力大小等于豎直向下的重力和電場力的合力，液滴將做勻速直線運動3(2010年福建模擬)如圖所示，實線表示在豎直平面內的電場線(方向未標出)，電場線與水平方向成角，水平方向的勻強磁場與電場正交，有一帶電液滴沿斜向上的虛線L做直線運動，L與水平方向成角，且，則下列說法中錯誤的是(D)A液滴一定做勻速直線運動B液滴一定帶正電C電場線方向一定斜向上D液滴有可能做勻變速直線運動解析：若液滴帶負電，液滴不可能沿L做直線運動，故選項B正確；若液滴的運動為勻變速直線運動，洛倫茲力大小將發(fā)生變化，改變其直線運動軌跡，故選項D錯誤，A正確；保證液滴做勻速直線運動的條件是液滴受力平衡，因此液滴一定帶正電，且電場線方

15、向斜向上，選項C正確所以本題中說法錯誤的只有選項D.4回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電源兩極相連接的兩個D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強磁場中，如圖所示，要增大帶電粒子射出時的動能，則下列說法中正確的是(C)A減小磁場的磁感應強度B增大勻強電場間的加速電壓C增大D形金屬盒的半徑D減小狹縫間的距離5(2010年廈門雙十中學高三月考)如圖是質譜儀工作原理的示意圖帶電粒子a、b經電壓U加速(在A點初速度為零)后，進入磁感應強度為B的勻強磁場做勻速圓周運動，最后分別打在感光板S上的x1、x2處

16、圖中半圓形的虛線分別表示帶電粒子a、b所通過的路徑，則(D)Aa的質量一定大于b的質量Ba的電荷量一定大于b的電荷量C在磁場中a運動的時間大于b運動的時間Da的比荷(qa/ma)大于b的比荷(qb/mb)答案：見解析8(2010年廣東模擬)如圖所示，豎直平面內有相互垂直的勻強電場和勻強磁場，電場強度E12 500 N/C，方向豎直向上；磁感應強度B103 T，方向垂直紙面向外；有一質量m1102 kg、電荷量q4105 C的帶正電小球自O點沿與水平線成45角以v04 m/s的速度射入復合場中，之后小球恰好從P點進入電場強度E22 500 N/C，方向水平向左的第二個勻強電場中不計空氣阻力，g取

17、10 m/s2.求：(1)O點到P點的距離s1；(2)帶電小球經過P點的正下方Q點時與P點的距離s2.9(拓展探究題)在某空間存在著水平向右的勻強電場和垂直于紙面向里的勻強磁場，如圖所示，一段光滑且絕緣的圓弧軌道AC固定在紙面內，其圓心為O點，半徑R1.8 m，OA連線在豎直方向上，AC弧對應的圓心角37.今有一質量m3.6104 kg，電荷量q9.0104 C的帶電小球(可視為質點)，以v04.0 m/s的初速度沿水平方向從A點射入圓弧軌道內，一段時間后從C點離開，小球離開C點后做勻速直線運動已知重力加速度g10 m/s2，sin 370.6，不計空氣阻力，求：(1)勻強電場的場強E的大小(

18、2)小球射入圓弧軌道后的瞬間對軌道的壓力答案：見解析謝謝觀賞謝謝觀賞9、靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。2022/10/162022/10/16Sunday, October 16, 202210、雨中黃葉樹，燈下白頭人。2022/10/162022/10/162022/10/1610/16/2022 1:48:31 AM11、以我獨沈久，愧君相見頻。2022/10/162022/10/162022/10/16Oct-2216-Oct-2212、故人江海別，幾度隔山川。2022/10/162022/10/162022/10/16Sunday, October 16, 202213、乍見翻疑夢，相悲各問

19、年。2022/10/162022/10/162022/10/162022/10/1610/16/202214、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國見青山。16 十月 20222022/10/162022/10/162022/10/1615、比不了得就不比，得不到的就不要。十月 222022/10/162022/10/162022/10/1610/16/202216、行動出成果，工作出財富。2022/10/162022/10/1616 October 202217、做前，能夠環(huán)視四周；做時，你只能或者最好沿著以腳為起點的射線向前。2022/10/162022/10/162022/10/162022/10/169、沒

20、有失敗，只有暫時停止成功！。2022/10/162022/10/16Sunday, October 16, 202210、很多事情努力了未必有結果，但是不努力卻什么改變也沒有。2022/10/162022/10/162022/10/1610/16/2022 1:48:31 AM11、成功就是日復一日那一點點小小努力的積累。2022/10/162022/10/162022/10/16Oct-2216-Oct-2212、世間成事，不求其絕對圓滿，留一份不足，可得無限完美。2022/10/162022/10/162022/10/16Sunday, October 16, 202213、不知香積寺，數(shù)

21、里入云峰。2022/10/162022/10/162022/10/162022/10/1610/16/202214、意志堅強的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。16 十月 20222022/10/162022/10/162022/10/1615、楚塞三湘接，荊門九派通。十月 222022/10/162022/10/162022/10/1610/16/202216、少年十五二十時，步行奪得胡馬騎。2022/10/162022/10/1616 October 202217、空山新雨后，天氣晚來秋。2022/10/162022/10/162022/10/162022/10/169、楊柳散和風，青山澹吾慮。2022/10/162022/10/16Sunday, October 16, 202210、閱讀一切