創(chuàng)新設(shè)計2011屆高考物理一輪復習 第4講專題帶電粒子在復合場中的運動課件 新人教版選修3-1

1、一、復合場一、復合場復合場是指復合場是指 、 和重力場并存，或其中某兩場并存，或分區(qū)和重力場并存，或其中某兩場并存，或分區(qū)域存在域存在電場電場磁場磁場第第4 4講講 專題專題 帶電粒子在復合場中的運動帶電粒子在復合場中的運動二、帶電粒子在復合場中的運動分類二、帶電粒子在復合場中的運動分類 1靜止或勻速直線運動靜止或勻速直線運動 當帶電粒子在復合場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 線運動線運動 2勻速圓周運動勻速圓周運動 當帶電粒子所受的重力與當帶電粒子所受的重力與 力大小相等，方向相反時，帶電粒子在力大小相等，方向相反時

2、，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(nèi)做勻速圓周運動洛倫茲力的作用下，在垂直于勻強磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運動電場電場3較復雜較復雜的曲線運動的曲線運動當帶電粒子所受的當帶電粒子所受的合外力的大小和方向均變化，且與初速度方向不在同一條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上，粒子做非勻變速曲線運動，這時粒子運動軌跡既不是圓弧，也不是直線上，粒子做非勻變速曲線運動，這時粒子運動軌跡既不是圓弧，也不是拋物線拋物線三、帶電粒子在復合場中運動的應(yīng)用實例三、帶電粒子在復合場中運動的應(yīng)用實例 速度選擇器速度選擇器(如圖如圖841所示所示)(1)平行板中電場強度平行板中電場強

3、度E和磁感應(yīng)強度和磁感應(yīng)強度B互相互相 這種裝置能把具有一定速度的這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來，所以叫做速度選擇器粒子選擇出來，所以叫做速度選擇器(2)帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是：帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是：qEqvB，即，即v .垂直垂直1.1在兩平行金屬板間，有如圖在兩平行金屬板間，有如圖842所示的互相正交的勻強電場和勻強磁所示的互相正交的勻強電場和勻強磁場場粒子以速度粒子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，恰從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，恰好能沿直線勻速通過供下列各小題選擇的答案有好能沿直線勻速通過供下列

4、各小題選擇的答案有A不偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn) B向上偏轉(zhuǎn)向上偏轉(zhuǎn)C向下偏轉(zhuǎn)向下偏轉(zhuǎn) D向紙內(nèi)或紙外偏轉(zhuǎn)向紙內(nèi)或紙外偏轉(zhuǎn)(1)若質(zhì)子以速度若質(zhì)子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，質(zhì)子將從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，質(zhì)子將_(2)若電子以速度若電子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，電子將從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，電子將_(3)若質(zhì)子以大于若質(zhì)子以大于v0的速度，沿垂直于勻強電場和勻強磁場的方向從兩板正中央的速度，沿垂直于勻強電場和勻強磁場的方向從兩板正中央射入，質(zhì)子將射入，質(zhì)子將_(4)若增大勻強磁場的磁感應(yīng)強度，其他條件不變，電

5、子以速度若增大勻強磁場的磁感應(yīng)強度，其他條件不變，電子以速度v0沿垂直于電場沿垂直于電場和磁場的方向，從兩極正中央射入，電子將和磁場的方向，從兩極正中央射入，電子將_ 解析：解析：不難看出本題的四個小題都是根據(jù)發(fā)散思維方法設(shè)計的為解本題，不難看出本題的四個小題都是根據(jù)發(fā)散思維方法設(shè)計的為解本題，必須從分析帶電粒子在互相正交的勻強電場和勻強磁場中的受力情況入手必須從分析帶電粒子在互相正交的勻強電場和勻強磁場中的受力情況入手設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為m，帶電荷量為，帶電荷量為q，勻強電場強度為，勻強電場強度為E、勻強磁場的磁感應(yīng)、勻強磁場的磁感應(yīng)強度為強度為B.帶電粒子以速度帶電粒子以速

6、度v垂直射入互相垂直的勻強電場和勻強磁場中時，若垂直射入互相垂直的勻強電場和勻強磁場中時，若粒子帶正電，則所受電場力方向向下，大小為粒子帶正電，則所受電場力方向向下，大小為qE；所受磁場力方向向上，大；所受磁場力方向向上，大小為小為Bqv. 沿直線勻速通過時，顯然有沿直線勻速通過時，顯然有BqvqE，v ，即勻速直線通過時，帶電粒子的速度，即勻速直線通過時，帶電粒子的速度與其質(zhì)量、電荷量無關(guān)如果粒子帶負電，電場方向向上，磁場力方向向下，上述結(jié)與其質(zhì)量、電荷量無關(guān)如果粒子帶負電，電場方向向上，磁場力方向向下，上述結(jié)論仍然成立所以，論仍然成立所以，(1)(2)兩小題應(yīng)選擇兩小題應(yīng)選擇A.若質(zhì)子以大

7、于若質(zhì)子以大于v0的速度射入兩板之間，由于磁場力的速度射入兩板之間，由于磁場力fBqv，磁場力將大于電場力，質(zhì)子，磁場力將大于電場力，質(zhì)子帶正電，將向上偏轉(zhuǎn)，第帶正電，將向上偏轉(zhuǎn)，第(3)小題應(yīng)選擇小題應(yīng)選擇B.磁場的磁感應(yīng)強度磁場的磁感應(yīng)強度B增大時，電子射入的其他條件不變，所受磁場力增大時，電子射入的其他條件不變，所受磁場力FBqv0也增大，也增大，電子帶負電，所受磁場力方向向下，將向下偏轉(zhuǎn)，所以第電子帶負電，所受磁場力方向向下，將向下偏轉(zhuǎn)，所以第(4)題應(yīng)選擇題應(yīng)選擇C. 答案：答案：(1)A(2)A(3)B(4)C2磁流體發(fā)電機磁流體發(fā)電機 (1)主要構(gòu)造如圖主要構(gòu)造如圖843所示所示

8、(2)原理：等離子體原理：等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負電的粒子，而即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負電的粒子，而從整體來說呈電中性從整體來說呈電中性)噴入磁場，正、負粒子在洛倫茲力的作用下發(fā)生上下偏轉(zhuǎn)噴入磁場，正、負粒子在洛倫茲力的作用下發(fā)生上下偏轉(zhuǎn)而聚集到而聚集到A、B板上，產(chǎn)生電勢差，設(shè)板上，產(chǎn)生電勢差，設(shè)A、B平行金屬板的面積為平行金屬板的面積為S，相距為，相距為L， 等離子體的電阻率為等離子體的電阻率為，噴入氣體速度為，噴入氣體速度為v，板間磁場的磁感強度為，板間磁場的磁感強度為B，板外電阻為，板外電阻為R，當?shù)入x子體勻速通過，當?shù)入x子體勻速通過A、B板間時

9、，板間時，A、B板上聚集的電荷最多，板間電勢差最板上聚集的電荷最多，板間電勢差最大，相當于電源電動勢大，相當于電源電動勢E，此時離子受力平衡：，此時離子受力平衡：E場場qqvB，E場場vB，電動勢，電動勢EE場場LBLv，電源內(nèi)電阻，電源內(nèi)電阻r ，所以，所以R中電流中電流 3電磁流量計電磁流量計(1)如圖如圖844所示，一圓形導管直徑為所示，一圓形導管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以，用非磁性材料制成，其中有可以導電的液體流過導管導電的液體流過導管(2)原理：導電液體中的自由電荷原理：導電液體中的自由電荷(正、負離子正、負離子)在洛倫茲力作用下橫向偏轉(zhuǎn)，在洛倫茲力作用下橫向偏轉(zhuǎn)，a、b

10、間出現(xiàn)電勢差，形成電場當自由電荷所受電場力和洛倫茲力平衡時，間出現(xiàn)電勢差，形成電場當自由電荷所受電場力和洛倫茲力平衡時，a、b間的電勢差就保持穩(wěn)定間的電勢差就保持穩(wěn)定 四、四、“磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)”和和“電偏轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)”的差別的差別電偏轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)條件偏轉(zhuǎn)條件帶電粒子以帶電粒子以vE進入勻強電場進入勻強電場帶電粒子以帶電粒子以vB進入勻強磁場進入勻強磁場受力情況受力情況只受恒定的電場力只受恒定的電場力只受大小恒定的洛倫茲力只受大小恒定的洛倫茲力運動情況運動情況類平拋運動類平拋運動勻速圓周運動勻速圓周運動運動軌跡運動軌跡拋物線拋物線圓弧圓弧物理規(guī)律物理規(guī)律類平拋知識、牛頓第二定律類平拋知識、

11、牛頓第二定律牛頓第二定律、向心力公式牛頓第二定律、向心力公式基本公式基本公式Lvt，y at2，a ，tan at/vqvB ，rmv/(qB)，T2m/(qB)，tT/(2)，sin L/r做功情況做功情況電場力既改變速度方向，也改變電場力既改變速度方向，也改變速度的大小，對電荷要做功速度的大小，對電荷要做功洛倫茲力只改變速度方向，不改洛倫茲力只改變速度方向，不改變速度的大小，對電荷永不做功變速度的大小，對電荷永不做功物理圖象物理圖象【例【例1】(2010山東淄博調(diào)研山東淄博調(diào)研)在在xOy平面內(nèi)，第平面內(nèi)，第象限內(nèi)的直線象限內(nèi)的直線OM是電場與磁場是電場與磁場的邊界，的邊界，OM與與y軸負

12、方向成軸負方向成45角在角在x0且且OM的左側(cè)空間存在著沿的左側(cè)空間存在著沿x軸負軸負方向的勻強電場方向的勻強電場E，場強大小為，場強大小為0.32 N/C，在，在y0且且OM的右側(cè)空間存在著垂的右側(cè)空間存在著垂直紙面向里的勻強磁場直紙面向里的勻強磁場B，磁感應(yīng)強度大小為，磁感應(yīng)強度大小為0.10 T，如圖，如圖845所示，不所示，不計重力的帶負電的微粒，從坐標原點計重力的帶負電的微粒，從坐標原點O沿沿y軸負方向以軸負方向以v02.0103 m/s的初的初速度進入磁場，已知微粒的帶電荷量為速度進入磁場，已知微粒的帶電荷量為q5.01018 C，質(zhì)量為，質(zhì)量為m1.01024 k kg，求：，求

13、：(1)帶電微粒第一次經(jīng)過磁場邊界點的位置坐標帶電微粒第一次經(jīng)過磁場邊界點的位置坐標；(2)帶電微粒在磁場區(qū)域運動的總時間；帶電微粒在磁場區(qū)域運動的總時間；(3)帶電微粒最終離開電、磁場區(qū)域點的位置坐標帶電微粒最終離開電、磁場區(qū)域點的位置坐標(保留兩位有效數(shù)字保留兩位有效數(shù)字)解析：解析：(1)帶電微粒從帶電微粒從O點射入磁場，運動軌跡如圖第一次經(jīng)過磁場邊界上的點射入磁場，運動軌跡如圖第一次經(jīng)過磁場邊界上的A點由點由qv0B ，得，得r 4103 m，A點位置坐標點位置坐標(4103，4103)(2)帶電微粒在磁場中運動軌跡如圖，設(shè)帶電微粒在磁場中做圓周運動的周期為帶電微粒在磁場中運動軌跡如圖

14、，設(shè)帶電微粒在磁場中做圓周運動的周期為T， 則則 代入數(shù)據(jù)解得代入數(shù)據(jù)解得:T= 3105 s，所以所以 t = 3105 s.(3)微粒從微粒從C點沿點沿y軸正方向進入電場，速度方向與電場力方向垂直，微粒做類平軸正方向進入電場，速度方向與電場力方向垂直，微粒做類平拋運動拋運動 代入數(shù)據(jù)解得：代入數(shù)據(jù)解得：y0.2 m，yy2r0.2 m24103 m0.19 m.離開電、磁場時的位置坐標為離開電、磁場時的位置坐標為(0,0.19)答案：答案：(1)(4103，4103)(2)1.3105 s(3)(0,0.19)解決帶電粒子在分離復合場運動問題的思路方法解決帶電粒子在分離復合場運動問題的思路

15、方法11 如圖如圖846所示，一帶電粒子以某一速度所示，一帶電粒子以某一速度v0在豎直平面內(nèi)做直線運動，在豎直平面內(nèi)做直線運動，經(jīng)過一段時間后進入一垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強度為經(jīng)過一段時間后進入一垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強度為B的圓形勻強磁場區(qū)的圓形勻強磁場區(qū)域域(圖中未畫出磁場區(qū)域圖中未畫出磁場區(qū)域)，粒子飛出磁場后垂直電場方向進入寬為，粒子飛出磁場后垂直電場方向進入寬為L的勻的勻強電場區(qū)域強電場區(qū)域，已知電場強度大小為，已知電場強度大小為E，方向豎直向上，當粒子穿出電場時，方向豎直向上，當粒子穿出電場時速度大小變?yōu)樵瓉淼谋?，粒子穿出電場后進入寬度為速度大小變?yōu)樵瓉淼谋?，粒子穿出電場后進入寬度

16、為d的勻強磁場區(qū)域的勻強磁場區(qū)域，磁場方向向外，大小為磁場方向向外，大小為B，已知帶電粒子的質(zhì)量為，已知帶電粒子的質(zhì)量為m，電量為，電量為q，重力不，重力不計粒子進入磁場時的速度如圖所示與水平方向成計粒子進入磁場時的速度如圖所示與水平方向成60角，求：角，求：(1)粒子電性？帶電粒子在磁場區(qū)域粒子電性？帶電粒子在磁場區(qū)域中運動的速度中運動的速度v0多大？多大？(2)圓形磁場區(qū)域的最小面積圓形磁場區(qū)域的最小面積S多大？多大？(3)若使粒子能返回電場，磁場區(qū)域若使粒子能返回電場，磁場區(qū)域的寬度的寬度d至少多大？至少多大？解析：解析：(1)根據(jù)左手定則可知，粒子帶負電根據(jù)左手定則可知，粒子帶負電當粒

17、子剛出電場時，速度分解如圖所示當粒子剛出電場時，速度分解如圖所示vy v0 vyv0由由得得v0 (2)粒子在磁場中的軌跡如圖所示，以粒子在磁場中的軌跡如圖所示，以AC為直徑的磁場區(qū)域最小，軌道半徑為直徑的磁場區(qū)域最小，軌道半徑 (3)粒子在磁場粒子在磁場中的運動軌跡如圖所示中的運動軌跡如圖所示在磁場在磁場中運動的半徑為中運動的半徑為【例【例2】 如圖如圖847所示，空間內(nèi)存在水平向右的勻強電場，在虛線所示，空間內(nèi)存在水平向右的勻強電場，在虛線MN的右側(cè)的右側(cè)有垂直紙面向里、磁感應(yīng)強度為有垂直紙面向里、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，一質(zhì)量為的勻強磁場，一質(zhì)量為m、帶電荷量為、帶電荷量為q的小顆粒自

18、的小顆粒自A點由靜止開始運動，剛好沿直線運動至光滑絕緣的水平面點由靜止開始運動，剛好沿直線運動至光滑絕緣的水平面C點，點，與水平面碰撞的瞬間小顆粒的豎直分速度立即減為零，而水平分速度不變，與水平面碰撞的瞬間小顆粒的豎直分速度立即減為零，而水平分速度不變，小顆粒運動至小顆粒運動至D處剛好離開水平面，然后沿圖示曲線處剛好離開水平面，然后沿圖示曲線DP軌跡運動，軌跡運動，AC與水與水平面夾角平面夾角30，重力加速度為，重力加速度為g，求：，求：(1)勻強電場的場強勻強電場的場強E；(2)AD之間的水平距離之間的水平距離d；(3)已知小顆粒在軌跡已知小顆粒在軌跡DP上某處的最大速度為上某處的最大速度為

19、vm，該處軌跡的曲率半徑是距水平，該處軌跡的曲率半徑是距水平面高度的面高度的k k倍，則該處的高度為多大？倍，則該處的高度為多大？解析：解析：(1)小顆粒受力如圖所示，小顆粒受力如圖所示，qEmgcot ，E (2)設(shè)小顆粒在設(shè)小顆粒在D點速度為點速度為vD，在水平方向由牛頓第二定律得：在水平方向由牛頓第二定律得：qEmax，2axd小顆粒在小顆粒在D點離開水平面的條件是：點離開水平面的條件是：qvDBmg，解得，解得 (3)當速度方向與電場力和重力合力方向重直時，速度最大，則當速度方向與電場力和重力合力方向重直時，速度最大，則帶電粒子帶電粒子(體體)在復合場中的運動問題求解要點在復合場中的運

20、動問題求解要點(1)受力分析是基礎(chǔ)受力分析是基礎(chǔ)在受力分析時是否考慮重力必須注意題目條件在受力分析時是否考慮重力必須注意題目條件(2)運動過程分析是關(guān)鍵在運動過程分析中應(yīng)注意物體做直線運動，曲線運動運動過程分析是關(guān)鍵在運動過程分析中應(yīng)注意物體做直線運動，曲線運動及圓周運動、類平拋運動的條件及圓周運動、類平拋運動的條件(3)根據(jù)不同的運動過程及物理模型選擇合適的物理規(guī)律列方程求解根據(jù)不同的運動過程及物理模型選擇合適的物理規(guī)律列方程求解(4)常用常用的物理規(guī)律：共點力平衡條件、運動定律、運動學公式、動能定理、能的物理規(guī)律：共點力平衡條件、運動定律、運動學公式、動能定理、能量守恒定律、功能關(guān)系、動量

21、定理、動量守恒定律、圓周運動向心力公式等量守恒定律、功能關(guān)系、動量定理、動量守恒定律、圓周運動向心力公式等(5)思維方法：常用到力的合成與分解、運動的合成及分解、等效法、假設(shè)法、思維方法：常用到力的合成與分解、運動的合成及分解、等效法、假設(shè)法、類比法等類比法等21如圖如圖848所示，質(zhì)量為所示，質(zhì)量為2 g的小球，帶有的小球，帶有1103 C負電荷，靜置于水平負電荷，靜置于水平絕緣桌面絕緣桌面MN上的上的P點，點，P距桌面右端點距桌面右端點N的距離為的距離為0.5 m，小球與水平桌面之間，小球與水平桌面之間的動摩擦因數(shù)為的動摩擦因數(shù)為0.1，桌面，桌面MN距水平面距水平面OO的高度為的高度為1.2 m過過N點的豎直虛線點的豎直虛線右側(cè)存在互相正交的勻強電場和勻強磁場，電場方向豎直向下，場強右側(cè)存在互相正交的勻強電場和勻強磁場，電場方向豎直向下，場強E20 N/C，磁場方