2013屆高考一輪物理復(fù)習(xí)課件選修3-1第八章-磁場第3講-帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(教科版)

2013屆高考一輪(yīlún)物理復(fù)習(xí)課件選修3-1第八章-磁場第3講-帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(教科版)第一頁，共44頁。復(fù)合場是指電場、____和重力場并存(bìnɡcún)，或其中某兩場并存(bìnɡcún)，或分區(qū)域存在．從場的復(fù)合形式上一般可分為如下四種情況：①相鄰場；②重疊場；③交替場；④交變場.復(fù)合(fùhé)場磁場(cíchǎng)第二頁，共44頁。靜止或勻速直線運(yùn)動當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中所受合外力為零時(shí)，將處于(chǔyú)____狀態(tài)或做____________．勻速圓周運(yùn)動當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場力大小____，方向____時(shí)，帶電粒子在洛倫茲力的作用下，在垂直于勻強(qiáng)磁場的平面內(nèi)做________運(yùn)動．帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(yùndòng)分類靜止(jìngzhǐ)1.勻速直線運(yùn)動2．相等相反勻速圓周第三頁，共44頁。較復(fù)雜的曲線運(yùn)動當(dāng)帶電粒子所受合外力的大小和方向均變化，且與初速度方向不在同一條直線(zhíxiàn)上，粒子做____變速曲線運(yùn)動，這時(shí)粒子運(yùn)動軌跡既不是圓弧，也不是拋物線．分階段運(yùn)動帶電粒子可能依次通過幾個(gè)情況不同的復(fù)合場區(qū)域，其運(yùn)動情況隨區(qū)域發(fā)生變化，其運(yùn)動過程由幾種不同的運(yùn)動階段組成.3．4．非勻第四頁，共44頁。電場磁場同區(qū)域(qūyù)應(yīng)用實(shí)例第五頁，共44頁。復(fù)合場中重力是否考慮的三種情況(1)對于微觀粒子，如電子、質(zhì)子、離子等，因?yàn)槠渲亓σ话闱闆r下與電場力或磁場力相比太小，可以忽略．而對于一些實(shí)際物體，如帶電小球(xiǎoqiú)、液滴、金屬塊等，一般應(yīng)考慮其重力．(2)在題目中明確說明的按說明要求是否考慮重力．(3)不能直接判斷是否考慮重力的，在進(jìn)行受力分析與運(yùn)動分析時(shí)，要由分析結(jié)果確定是否考慮重力．溫馨(wēnxīn)提示第六頁，共44頁。第七頁，共44頁。如圖8－3－1是磁流體發(fā)電機(jī)的原理(yuánlǐ)示意圖，金屬板M、N正對著平行放置，且板面垂直于紙面，在兩板之間接有電阻R.在極板間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場．當(dāng)?shù)入x子束(分圖8－3－11．別帶有等量正、負(fù)電荷的離子束)從左向右進(jìn)入極板時(shí)，以下說法(shuōfǎ)中正確的選項(xiàng)是 ()．A．N板的電勢高于M板的電勢B．M板的電勢高于N板的電勢C．R中有由b向a方向的電流D．R中有由a向b方向的電流第八頁，共44頁。解析此題考查洛倫茲力的方向的判斷，電流形成的條件等知識點(diǎn)．根據(jù)左手定那么可知正電荷向上極板(jíbǎn)偏轉(zhuǎn)，負(fù)電荷向下極板(jíbǎn)偏轉(zhuǎn)，那么M板的電勢高于N板的電勢．M板相當(dāng)于電源的正板，那么R中有由a向b方向的電流．答案BD第九頁，共44頁。如圖8－3－2所示，有一混合正離子束先后通過正交的電場、磁場區(qū)域(qūyù)Ⅰ和勻強(qiáng)磁場區(qū)域(qūyù)Ⅱ，如果這束正離子流在區(qū)域(qūyù)Ⅰ中不偏轉(zhuǎn)，進(jìn)入?yún)^(qū)圖8－3－22．域Ⅱ后偏轉(zhuǎn)半徑r相同，那么它們一定具有相同的 ()．A．速度 B．質(zhì)量C．電荷(diànhè)量 D．比荷答案AD第十頁，共44頁。(2012·南昌高三調(diào)研)某空間存在水平方向的勻強(qiáng)電場(圖中未畫出)，帶電小球沿如圖8－3－3所示的直線斜向下由A點(diǎn)沿直線向B點(diǎn)運(yùn)動，此空間同時(shí)存在由A指向B的勻強(qiáng)磁場，那么以下說法正確的選項(xiàng)是()．A．小球一定帶正電B．小球可能做勻速直線運(yùn)動C．帶電小球一定做勻加速直線運(yùn)動D．運(yùn)動過程(guòchéng)中，小球的機(jī)械能增大圖8－3－33．第十一頁，共44頁。解析此題考查帶電體在復(fù)合場中的運(yùn)動問題．由于重力方向豎直向下，空間存在磁場，且直線運(yùn)動方向斜向下，與磁場方向相同，故不受磁場力作用，電場力必水平向右，但電場具體(jùtǐ)方向未知，故不能判斷帶電小球的電性，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；重力和電場力的合力不為零，故不是勻速直線運(yùn)動，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤；因?yàn)橹亓εc電場力的合力方向與運(yùn)動方向相同，故小球一定做勻加速運(yùn)動，選項(xiàng)C正確；運(yùn)動過程中由于電場力做正功，故機(jī)械能增大，選項(xiàng)D正確．答案CD第十二頁，共44頁。如圖8－3－4所示，在空間中存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，其豎直邊界AB，CD的寬度為d，在邊界AB左側(cè)是豎直向下、場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場．現(xiàn)有質(zhì)量為m、帶電量為＋q的粒子(不計(jì)重力(zhònglì))從P點(diǎn)以大小為v0的水平初速度射入電場，隨后與邊界AB成45°射入磁場．假設(shè)粒子能垂直CD邊界飛出磁場，穿過小孔進(jìn)入如下圖兩豎直平行金屬板間的勻強(qiáng)電場中減速至零且不碰到正極板．(1)請畫出粒子上述過程中的運(yùn)動軌跡，并求出粒子進(jìn)入磁場時(shí)的速度大小v；(2)求勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B；(3)求金屬板間的電壓U的最小值．4．第十三頁，共44頁。圖8－3－4第十四頁，共44頁。第十五頁，共44頁。第十六頁，共44頁?！半娖D(zhuǎn)(piānzhuǎn)〞和“磁偏轉(zhuǎn)(piānzhuǎn)〞的比較考點(diǎn)一帶電粒子在別離復(fù)合(fùhé)場中的運(yùn)動垂直進(jìn)入磁場(磁偏轉(zhuǎn))垂直進(jìn)入電場(電偏轉(zhuǎn))情景圖第十七頁，共44頁。第十八頁，共44頁。在豎直平面內(nèi)，以虛線為界分布著如圖8－3－5所示的勻強(qiáng)電場(diànchǎng)和勻強(qiáng)磁場，其中勻強(qiáng)電場(diànchǎng)的方向豎直向下，大小為E；勻強(qiáng)磁場的方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.虛線與水平線之間的夾角為θ＝45°，一個(gè)帶負(fù)電荷的粒子在【典例1】圖8－3－5O點(diǎn)以速度v0水平射入勻強(qiáng)磁場，帶電粒子所帶的電荷量為q，質(zhì)量為m(重力忽略不計(jì)，電場、磁場區(qū)域足夠大)．求：(1)帶電粒子第1次通過虛線(xūxiàn)時(shí)距O點(diǎn)的距離；(2)帶電粒子從O點(diǎn)開始到第3次通過虛線(xūxiàn)時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間；(3)帶電粒子第4次通過虛線(xūxiàn)時(shí)距O點(diǎn)的距離．第十九頁，共44頁。第二十頁，共44頁。第二十一頁，共44頁?！鉀Q帶電粒子在別離復(fù)合場中運(yùn)動問題(wèntí)的思路方法第二十二頁，共44頁。在如圖8－3－6所示的空間坐標(biāo)系中，y軸的左側(cè)有一勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)大小為E，場強(qiáng)方向與y軸負(fù)方向成30°，y軸的右側(cè)有一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(cíchǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B(未畫出)．現(xiàn)有一質(zhì)子在x軸上坐標(biāo)為x0＝10cm處的A點(diǎn)，以一定的初速度v0第一次沿x軸正方向射入磁場(cíchǎng)，第二次沿x軸負(fù)方向射入磁場(cíchǎng)，盤旋后都垂直于電場方向射入電場，最后又進(jìn)入磁場(cíchǎng)．求：【變式1】圖8－3－6(1)質(zhì)子在勻強(qiáng)磁場中的軌跡半徑R；(2)質(zhì)子兩次在磁場中運(yùn)動(yùndòng)時(shí)間之比；第二十三頁，共44頁。(3)假設(shè)第一次射入磁場的質(zhì)子經(jīng)電場(diànchǎng)偏轉(zhuǎn)后，恰好從第二次射入磁場的質(zhì)子進(jìn)入電場(diànchǎng)的位置再次進(jìn)入磁場，試求初速度v0和電場(diànchǎng)強(qiáng)度E、磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間需要滿足的條件．解析(1)質(zhì)子兩次運(yùn)動的軌跡如下圖，由幾何關(guān)系可知x0＝Rsin30°解得R＝2x0＝20cm.(2)第一次射入磁場的質(zhì)子，軌跡對應(yīng)(duìyìng)的圓心角為θ1＝210°第二次射入磁場的質(zhì)子，軌跡對應(yīng)(duìyìng)的圓心角為θ2＝30°故質(zhì)子兩次在磁場中運(yùn)動時(shí)間之比為t1∶t2＝θ1∶θ2＝7∶1.(3)質(zhì)子(zhìzǐ)在磁場中做勻速圓周運(yùn)動時(shí)，第二十四頁，共44頁。設(shè)第一次射入磁場的質(zhì)子，從y軸上的P點(diǎn)進(jìn)入電場(diànchǎng)做類平拋運(yùn)動，從y軸上的Q點(diǎn)進(jìn)入磁場，由幾何關(guān)系得，質(zhì)子沿y軸的位移為Δy＝2R第二十五頁，共44頁。帶電粒子(體)在復(fù)合場中的運(yùn)動問題求解要點(diǎn)(1)受力分析是根底．在受力分析時(shí)是否考慮重力必須注意題目條件(tiáojiàn)．(2)運(yùn)動過程分析是關(guān)鍵．在運(yùn)動過程分析中應(yīng)注意物體做直線運(yùn)動，曲線運(yùn)動及圓周運(yùn)動、類平拋運(yùn)動的條件(tiáojiàn)．(3)構(gòu)建物理模型是難點(diǎn)．根據(jù)不同的運(yùn)動過程及物理模型選擇適宜的物理規(guī)律列方程求解．考點(diǎn)二帶電粒子在疊加復(fù)合(fùhé)場中的運(yùn)動第二十六頁，共44頁。【典例2】第二十七頁，共44頁。圖8－3－7(1)小球帶何種電荷(diànhè)？(2)小球在半圓軌道局部克服摩擦力所做的功；(3)小球從F點(diǎn)飛出時(shí)磁場同時(shí)消失，小球離開F點(diǎn)后的運(yùn)動軌跡與直線AC(或延長線)的交點(diǎn)為(G點(diǎn)未標(biāo)出)，求G點(diǎn)到D點(diǎn)的距離．第二十八頁，共44頁。第二十九頁，共44頁。答案(dáàn)見解析第三十頁，共44頁。(2011·廣東六校聯(lián)合體聯(lián)考)如圖8－3－8所示，豎直平面內(nèi)有相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，電場強(qiáng)度E1＝2500N/C，方向豎直向上；磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝103T，方向垂直紙面向(miànxiànɡ)外；有一質(zhì)量m＝1×10－2kg、電荷量q＝4×10－5C的帶正電小球自O(shè)點(diǎn)沿與水平線成45°角【變式2】圖8－3－8以v0＝4m/s的速度射入復(fù)合(fùhé)場中，之后小球恰好從P點(diǎn)進(jìn)入電場強(qiáng)度E2＝2500N/C，方向水平向左的第二個(gè)勻強(qiáng)電場中．不計(jì)空氣阻力，g取10m/s2.求：(1)O點(diǎn)到P點(diǎn)的距離s1；(2)帶電小球經(jīng)過P點(diǎn)的正下方Q點(diǎn)時(shí)與P點(diǎn)的距離s2.第三十一頁，共44頁。解析(1)帶電小球在正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中受到的重力(zhònglì)G＝mg＝0.1N電場力F1＝qE1＝0.1N即G＝F1，故帶電小球在正交的電磁場中由O到P做勻速圓周運(yùn)動第三十二頁，共44頁。第三十三頁，共44頁。11.帶電粒子“在復(fù)合場中〞的運(yùn)動(yùndòng)軌跡模型(1)模型概述當(dāng)帶電粒子沿不同方向進(jìn)入電場(diànchǎng)或磁場時(shí)，粒子做各種各樣的運(yùn)動，形成了異彩紛呈的軌跡圖形．對帶電粒子而言“受力決定運(yùn)動，運(yùn)動描繪軌跡，軌跡涵蓋方程〞．究竟如何構(gòu)建軌跡模型，至關(guān)重要．首先應(yīng)根據(jù)電場(diànchǎng)力和洛倫茲力的性質(zhì)找出帶電粒子所受到的合力，再由物體做曲線運(yùn)動的條件確定曲線形式．(2)模型分類①“拱橋〞型第三十四頁，共44頁。如圖8－3－9所示，在x軸上方有垂直于xOy平面(píngmiàn)的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在x軸下方有沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)為E，一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿著y軸正方向射出，射出之圖8－3－9【典例1】后，第三次到達(dá)x軸時(shí)，它與O點(diǎn)的距離(jùlí)為L，求此時(shí)粒子射出時(shí)的速度和運(yùn)動的總路程(重力不計(jì))．第三十五頁，共44頁。第三十六頁，共44頁。②“心連心〞型如圖8－3－10所示，一理想磁場以x軸為界，下方磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度是上方磁感應(yīng)強(qiáng)度B的兩倍．今有一質(zhì)量為m、電荷量為＋q的粒子，從原點(diǎn)O沿y軸正方向以速度v0射入磁場中，求此粒子從開始進(jìn)入磁場到第四次通過x軸的位置和時(shí)間(shíjiān)(重力不計(jì))．圖8－3－10【典例2】第三十七頁，共44頁。第三十八頁，共44頁。③“葡萄串〞型如圖8－3－11甲所示，互相平行且水平放置的金屬板，板長L＝1.2m，兩板距離d＝0.6m，兩板間加上U＝0.12V恒定電壓及隨時(shí)間變化的磁場，磁場變化規(guī)律如圖8－3－11乙所示，規(guī)定磁場方向垂直紙面向里為正．當(dāng)t＝0時(shí)，有一質(zhì)量為m＝2.0×10－6kg、電荷(diànhè)量q＝＋1.0×10－4C的粒子從極板左側(cè)以v0＝4.0×103m/s沿與兩板平行的中線OO′射入，取g＝10m/s2、π＝3.14.求：圖8－3－11【典例3】第三十九頁，共44頁。(1)粒子在0～1.0×10－4s內(nèi)位移(wèiyí)的大小x；(2)粒子離開中線OO′的最大距離h；(3)粒子在板間運(yùn)動的時(shí)間t；(4)畫出粒子在板間運(yùn)動的軌跡圖．故粒子在0～1.0×10－4s時(shí)間內(nèi)做勻速直線運(yùn)動，因?yàn)棣?/p>