高考物理 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)知識自學(xué)課件.ppt

考點(diǎn)1帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng) 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng) 1 帶電粒子在復(fù)合場中無約束情況下的運(yùn)動(dòng) 磁場力 重力并存 若重力和洛倫茲力平衡 則帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng) 若重力和洛倫茲力不平衡 則帶電體做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng) 因f洛不做功 故機(jī)械能守恒 由此可求解問題 電場力 磁場力并存 不計(jì)重力的微觀粒子 若電場力和洛倫茲力平衡 則帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng) 若電場力和洛倫茲力不平衡 則帶電體做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng) 因f洛不做功 可用動(dòng)能定理求解問題 電場力 磁場力 重力并存 若三力平衡 一定做勻速直線運(yùn)動(dòng) 若重力與電場力平衡 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)或做等距螺旋運(yùn)動(dòng) 若合力不為零且與速度方向不垂直 做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng) 因f洛不做功 可用能量守恒或動(dòng)能定理求解問題 3 帶電粒子在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中偏轉(zhuǎn)的比較 2 帶電粒子在復(fù)合場中有約束情況下的運(yùn)動(dòng)帶電體在復(fù)合場中受輕桿 輕繩 圓環(huán) 軌道等約束的情況下 常見的運(yùn)動(dòng)形式有直線運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng) 此時(shí)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(diǎn) 用動(dòng)能定理 能量守恒定律結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律求出結(jié)果 4 復(fù)合場中粒子重力是否考慮的三種情況 1 在題目中有明確說明是否要考慮重力的 按題目說明處理 2 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 液滴 金屬塊等一般應(yīng)當(dāng)考慮其重力 3 不能直接判斷是否要考慮重力的 在進(jìn)行受力分析與運(yùn)動(dòng)分析時(shí) 要由分析結(jié)果確定是否要考慮重力 5 各種場力的特點(diǎn) 1 重力的大小為mg 方向豎直向下 重力做功與路徑無關(guān) 重力勢能的變化總是與重力做功相對應(yīng) 2 電場力與電荷的性質(zhì)及電場強(qiáng)度有關(guān) 電場力做功與路徑無關(guān) 電勢能的變化總是電場力做功相對應(yīng) 3 洛倫茲力的大小f qvb 其方向與速度方向垂直 所以洛倫茲力不做功 6 帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的分析方法和一般思路 1 弄清復(fù)合場的組成 一般有磁場 電場的復(fù)合 磁場 重力場的復(fù)合 磁場 電場 重力場三者的復(fù)合 2 正確受力分析 除重力 彈力 摩擦力外要特別注意靜電力和磁場力的分析 3 確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 注意運(yùn)動(dòng)情況和受力情況的結(jié)合 4 對于粒子連續(xù)通過幾個(gè)不同情況的場的問題 要分階段進(jìn)行處理 5 畫出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡 靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí) 根據(jù)受力平衡列方程求解 當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí) 應(yīng)用牛頓定律結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解 當(dāng)帶電粒子做復(fù)雜曲線運(yùn)動(dòng)時(shí) 一般用動(dòng)能定理或能量守恒定律求解 對于臨界問題 注意挖掘隱含條件 1 全面正確地分析帶電粒子的受力和運(yùn)動(dòng)特征是解題的前提 尤其是電場力和洛倫茲力的分析 特別要注意洛倫茲力要隨帶電粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化而改變 2 注意重力 電場力做功與路徑無關(guān) 洛倫茲力始終和運(yùn)動(dòng)方向垂直 永不做功 例1 如圖所示 在第一象限有一勻強(qiáng)電場 場強(qiáng)大小為e 方向與y軸平行 在x軸下方有一勻強(qiáng)磁場 磁場方向與紙面垂直 一質(zhì)量為m 電荷量為 q q 0 的粒子以平行于x軸的速度從y軸上的p點(diǎn)處射入電場 在x軸上的q點(diǎn)處進(jìn)入磁場 并從坐標(biāo)原點(diǎn)o離開磁場 粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡與y軸交于m點(diǎn) 已知op l oq l 不計(jì)重力 求 1 m點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)o間的距離 2 粒子從p點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到m點(diǎn)所用的時(shí)間 解析 本題考查了帶電粒子在電場 磁場中的運(yùn)動(dòng) 本題中帶電粒子先在電場中做類平拋運(yùn)動(dòng) 后進(jìn)入勻強(qiáng)磁場做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 前一過程的末狀態(tài)就是后一過程的初狀態(tài) 所以必須求出電場中帶電粒子的速度方向 典例一 帶電粒子在相互分離的電場和磁場中的運(yùn)動(dòng) 1 帶電粒子在電場中做類平拋運(yùn)動(dòng) 在y軸負(fù)方向上做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng) 設(shè)加速度的大小為a 在x軸正方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng) 設(shè)速度為v0 粒子從p點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到q點(diǎn)所用的時(shí)間為t1 進(jìn)入磁場時(shí)速度方向與x軸正方向的夾角為 則 a qe m t1 v0 x0 t1 其中x0 l y0 l 又有tan at1 v0 聯(lián)立 式 得 30 因?yàn)閙 o q點(diǎn)在圓周上 moq 90 所以mq為直徑 從圖中的幾何關(guān)系可知 r l mo 6l 2 設(shè)粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的速度為v 從q點(diǎn)到m點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t2 則有v v0 cos t2 r v 帶電粒子自p點(diǎn)出發(fā)到m點(diǎn)所用時(shí)間t為t t1 t2 聯(lián)立 式 并代入數(shù)據(jù)得 帶電粒子分別在兩個(gè)區(qū)域中做類平拋運(yùn)動(dòng)和勻速圓周運(yùn)動(dòng) 通過連接點(diǎn)的速度將兩種運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來 典例二 帶電體在相互疊加場中的運(yùn)動(dòng) 例2 如圖所示 寬度為d的豎直狹長區(qū)域內(nèi) 邊界為l1 l2 存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場和豎直方向上周期性變化的電場 如圖所示 電場強(qiáng)度的大小為e0 e 0表示電場方向豎直向上 t 0時(shí) 一帶正電 質(zhì)量為m的微粒從左邊界上的n1點(diǎn)以水平速度v射入該區(qū)域 沿直線運(yùn)動(dòng)到q點(diǎn)后 做一次完整的圓周運(yùn)動(dòng) 再沿直線運(yùn)動(dòng)到右邊界上的n2點(diǎn) q為線段n1n2的中點(diǎn) 重力加速度為g 上述d e0 m v g為已知量 如圖 1 求微粒所帶電荷量q和磁感應(yīng)強(qiáng)度b的大小 2 求電場變化的周期t 3 改變寬度d 使微粒仍能按上述運(yùn)動(dòng)過程通過相應(yīng)寬度的區(qū)域 求t的最小值 解析 1 微粒做勻速圓周運(yùn)動(dòng)說明其重力和電場力平衡 即mg qe0 故微粒所帶電荷量q mg e0 由于粒子在剛開始和最后一段做直線運(yùn)動(dòng) 對其受力分析如圖所示 則qvb qe0 mg 則b e0 v mg qv e0 v mg v mg e0 2e0 v 2 經(jīng)分析從n1點(diǎn)到q點(diǎn)粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1 d 2 v d 2v 到q點(diǎn)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期t 2 m qb v g從q點(diǎn)到n2點(diǎn)粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng) 其運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2 t1而由題中圖象可知電場變化的周期t t1 t d 2v v g 3 改變寬度d時(shí) 仍能完成上述運(yùn)動(dòng)過程的電場變化的最小周期的對應(yīng)示意圖如圖所示 則tmin t1 t 此時(shí)dmin 2 r則t1 r v且r mv qb 以上各式聯(lián)立解得tmin v 2g v g v g 1 2 帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)問題的受力情況分析 要結(jié)合其運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行 因?yàn)槲⒘Ｄ茏鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng) 故重力與電場力平衡 而其做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí) 則一定為三力平衡 如圖所示 電源電動(dòng)勢e0 15v 內(nèi)阻r0 1 電阻r1 30 r2 60 間距d 0 2m的兩平行金屬板水平放置 板間分布有垂直于紙面向里 磁感應(yīng)強(qiáng)度b 1t的勻強(qiáng)磁場 閉合開關(guān)s 板間電場視為勻強(qiáng)電場 將一帶正電的小球以初速度v 0 1m s沿兩板間中線水平射入板間 設(shè)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為rx 忽略空氣對小球的作用 取g 10m s2 1 當(dāng)rx 29 時(shí) 電阻r2消耗的電功率是多大 2 若小球進(jìn)入板間做勻速圓周運(yùn)動(dòng)并與板相碰 碰時(shí)速度與初速度的夾角為60 則rx是多少 答案 1 0 6w 2 54 考點(diǎn)2復(fù)合場綜合應(yīng)用實(shí)例 處理帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的這幾個(gè)實(shí)例時(shí) 要從它們的共性qvb qe出發(fā)進(jìn)行分析求解 同時(shí)應(yīng)需注意應(yīng)用左手定則的方向性問題 典例三 帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的典型應(yīng)用 例3 2010年高考福建理綜卷 如圖所示的裝置 左半部為速度選擇器 右半部為勻強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)電場 一束同位素離子流從狹縫s1射入速度選擇器 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(jìn)入場強(qiáng)大小為e的偏轉(zhuǎn)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 q 0 速度選擇器內(nèi)部存在著相互垂直的場強(qiáng)大小為e0的勻強(qiáng)電場和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b0的勻強(qiáng)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的大小 2