高中物理電磁感應選修3-1第8章第3講帶電粒子在復合場中的運動

1、第第3講帶電粒子在復合場中的講帶電粒子在復合場中的運動運動本節(jié)目錄本節(jié)目錄基礎再現(xiàn)對點自測基礎再現(xiàn)對點自測知能演練輕巧奪冠知能演練輕巧奪冠考點探究講練互動考點探究講練互動技法提煉思維升華技法提煉思維升華要點透析直擊高考要點透析直擊高考基礎再現(xiàn)對點自測基礎再現(xiàn)對點自測知識清單知識清單一、帶電粒子在復合場中的運動一、帶電粒子在復合場中的運動1復合場與組合場復合場與組合場(1)復合場：電場、復合場：電場、_、重力場共存，或其中某兩場共存、重力場共存，或其中某兩場共存.(2)組合場：電場與磁場各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊或在組合場：電場與磁場各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊或在同一區(qū)域，電場、磁場同一區(qū)域

2、，電場、磁場_出現(xiàn)出現(xiàn)通常從場形式上一般還可分為如下四種情況：通常從場形式上一般還可分為如下四種情況：相鄰場；重疊場；交替場；交變場相鄰場；重疊場；交替場；交變場磁場磁場交替交替2帶電粒子在復合場中的運動分類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中所受合外力當帶電粒子在復合場中所受合外力_時，將處于靜止時，將處于靜止狀態(tài)或做勻速直線運動狀態(tài)或做勻速直線運動(2)勻速圓周運動勻速圓周運動當帶電粒子所受的當帶電粒子所受的_與與_大小相等、方向相反時大小相等、方向相反時,帶電粒子在帶電粒子在_的作用下，在垂直于勻強磁場的平面的作用下，在垂直于勻強磁場

3、的平面內(nèi)做勻速圓周運動內(nèi)做勻速圓周運動重力重力電場力電場力洛倫茲力洛倫茲力為零為零(3)非勻變速曲線運動非勻變速曲線運動當帶電粒子所受的合外力的大小和方向均變化，且與初速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直線上時，粒子做非勻變速曲線運動，度方向不在同一條直線上時，粒子做非勻變速曲線運動，這時粒子運動軌跡既不是圓弧，也不是拋物線這時粒子運動軌跡既不是圓弧，也不是拋物線(4)分階段運動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動情況隨區(qū)域發(fā)生變化，其

4、運動過程由幾種不同的運動階段組成段組成二、帶電粒子在復合場中運動的實例分析二、帶電粒子在復合場中運動的實例分析1速度選擇器速度選擇器(如圖甲如圖甲)垂直垂直速度速度2. 磁流體發(fā)電機磁流體發(fā)電機(如圖乙如圖乙)(1)磁流體發(fā)電是一項新興技術，磁流體發(fā)電是一項新興技術，它可以把它可以把_能直接轉(zhuǎn)化為能直接轉(zhuǎn)化為_能能(2)根據(jù)左手定則，如圖中的根據(jù)左手定則，如圖中的B板是發(fā)電機板是發(fā)電機_(3)磁流體發(fā)電機兩極板間的距離為磁流體發(fā)電機兩極板間的距離為d，等離子體速度為，等離子體速度為v，磁場磁感應強度為磁場磁感應強度為B，則兩極板間能達到的最大電勢差，則兩極板間能達到的最大電勢差U_.內(nèi)內(nèi)電電正

5、極正極Bdv洛倫茲力洛倫茲力電勢差電勢差平衡平衡4霍爾效應霍爾效應在勻強磁場中放置一個矩形截面的載流導體，當磁場方向在勻強磁場中放置一個矩形截面的載流導體，當磁場方向與電流方向垂直時，導體在與磁場、電流方向都垂直的方與電流方向垂直時，導體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了向上出現(xiàn)了_ 這個現(xiàn)象稱為霍爾效應其原理這個現(xiàn)象稱為霍爾效應其原理如圖丁所示如圖丁所示丁丁電勢差電勢差熱身體驗熱身體驗11.一個電子穿過某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn)一個電子穿過某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn),則則()A此空間一定不存在磁場此空間一定不存在磁場B此空間一定不存在電場此空間一定不存在電場C此空間可能只有勻強磁場，方向與電子速度垂

6、直此空間可能只有勻強磁場，方向與電子速度垂直D此空間可能同時有電場和磁場此空間可能同時有電場和磁場12.某空間存在水平方向的勻強電場某空間存在水平方向的勻強電場(圖中未畫出圖中未畫出),帶電小帶電小球沿如圖所示的直線斜向下由球沿如圖所示的直線斜向下由A點沿直線向點沿直線向B運動運動,此空間同此空間同時存在由時存在由A指向指向B的勻強磁場，則下列說法正確的是的勻強磁場，則下列說法正確的是()A小球一定帶正電小球一定帶正電B小球可能做勻速直線運動小球可能做勻速直線運動C帶電小球一定做勻加速直線運動帶電小球一定做勻加速直線運動D運動過程中，小球的機械能增大運動過程中，小球的機械能增大21.(2013

7、濟南模擬濟南模擬)如圖所示，如圖所示，a、b是是一對平行金屬板，分別接到直流電源兩一對平行金屬板，分別接到直流電源兩極上，右邊有一擋板，正中間開有一極上，右邊有一擋板，正中間開有一小孔小孔d，在較大空間范圍內(nèi)存在著勻強磁場，磁感應強度，在較大空間范圍內(nèi)存在著勻強磁場，磁感應強度大小為大小為B，方向垂直紙面向里，在，方向垂直紙面向里，在a、b兩板間還存在著勻兩板間還存在著勻強電場強電場E.從兩板左側(cè)中點從兩板左側(cè)中點c處射入一束正離子處射入一束正離子(不計重力不計重力)，這些正離子都沿直線運動到右側(cè)，從這些正離子都沿直線運動到右側(cè)，從d孔射出后分成孔射出后分成3束束則下列判斷錯誤的是則下列判斷錯

8、誤的是()A這三束正離子的速度一定不相同這三束正離子的速度一定不相同B這三束正離子的比荷一定不相同這三束正離子的比荷一定不相同Ca、b兩板間的勻強電場方向一定由兩板間的勻強電場方向一定由a指向指向bD若這三束離子改為帶負電而其他條件不變則仍能從若這三束離子改為帶負電而其他條件不變則仍能從d孔射出孔射出22.在某次發(fā)射科學實驗衛(wèi)星在某次發(fā)射科學實驗衛(wèi)星“雙星雙星”中，放置了一種磁中，放置了一種磁強計，用于測定地磁場的磁感應強度原理如圖磁強計的強計，用于測定地磁場的磁感應強度原理如圖磁強計的所示，電路中有一段金屬導體，它的橫截面是寬為所示，電路中有一段金屬導體，它的橫截面是寬為a、高、高為為b的長

9、方形，放在沿的長方形，放在沿y軸正方向的勻強磁場中，導體中通軸正方向的勻強磁場中，導體中通有沿有沿x軸正方向、大小為軸正方向、大小為I的電流已知金屬導體單位體積的電流已知金屬導體單位體積中的自由電子數(shù)為中的自由電子數(shù)為n，電子電荷量為，電子電荷量為e.金屬導電過程中，自金屬導電過程中，自由電子做定向移動可視為勻速運動測出金屬導體前后兩由電子做定向移動可視為勻速運動測出金屬導體前后兩個側(cè)面間的電勢差為個側(cè)面間的電勢差為U.則下列說法正確的是則下列說法正確的是()熱身體驗答案與解析熱身體驗答案與解析11.解析：選解析：選D.當空間只有勻強磁場，且電子的運動方向與當空間只有勻強磁場，且電子的運動方向

10、與磁場方向垂直時，受洛倫茲力作用，會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，磁場方向垂直時，受洛倫茲力作用，會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，C不正確不正確當空間既有電場又有磁場，且兩種場力相互平衡時，電子不會當空間既有電場又有磁場，且兩種場力相互平衡時，電子不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，發(fā)生偏轉(zhuǎn)，A、B不正確，不正確，D正確正確12.解析：選解析：選C.由于重力方向豎直向下，空間存在磁場，且由于重力方向豎直向下，空間存在磁場，且直線運動方向斜向下，與磁場方向相同，故不受磁場力作用，直線運動方向斜向下，與磁場方向相同，故不受磁場力作用，電場力必水平向右，但電場具體方向未知，故不能判斷帶電小電場力必水平向右，但電場具體方向未知，故不能判斷帶電小球的電性，選項球的

11、電性，選項A錯誤；重力和電場力的合力不為零，故不是錯誤；重力和電場力的合力不為零，故不是勻速直線運動，所以選項勻速直線運動，所以選項B錯誤；因為重力與電場力的合力方錯誤；因為重力與電場力的合力方向與運動方向相同，故小球一定做勻加速運動，選項向與運動方向相同，故小球一定做勻加速運動，選項C正確；正確；運動過程中由于電場力做正功，故機械能增大，選項運動過程中由于電場力做正功，故機械能增大，選項D錯誤錯誤21.解析：選解析：選A.因為三束正離子在兩極板間都是沿直線因為三束正離子在兩極板間都是沿直線運動，電場力等于洛倫茲力，可以判斷三束正離子的速度運動，電場力等于洛倫茲力，可以判斷三束正離子的速度一定

12、相同，且電場方向一定由一定相同，且電場方向一定由a指向指向b，選項，選項A錯誤，錯誤，C正正確；在右側(cè)磁場中三束正離子做圓周運動的半徑不同，可確；在右側(cè)磁場中三束正離子做圓周運動的半徑不同，可知這三束正離子的比荷一定不相同，選項知這三束正離子的比荷一定不相同，選項B正確；若將這正確；若將這三束離子改為帶負電，而其他條件不變的情況下受力分析三束離子改為帶負電，而其他條件不變的情況下受力分析可知，三束離子在兩板間仍做勻速直線運動，仍能從可知，三束離子在兩板間仍做勻速直線運動，仍能從d孔孔射出，選項射出，選項D正確正確一、電偏轉(zhuǎn)和磁偏轉(zhuǎn)的比較一、電偏轉(zhuǎn)和磁偏轉(zhuǎn)的比較要點透析直擊高考要點透析直擊高考電

13、偏轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)受力特征受力特征F電電qE恒力恒力F洛洛qvB變力變力運動性質(zhì)運動性質(zhì)勻變速曲線運動勻變速曲線運動勻速圓周運動勻速圓周運動運動軌跡運動軌跡二、帶電粒子在復合場中運動的分析和求解二、帶電粒子在復合場中運動的分析和求解1帶電粒子在復合場中無約束情況下的運動帶電粒子在復合場中無約束情況下的運動(1)磁場力、重力并存磁場力、重力并存若重力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運動，用若重力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運動，用平衡條件求解平衡條件求解若重力和洛倫茲力不平衡，則帶電體將做復雜的曲線運若重力和洛倫茲力不平衡，則帶電體將做復雜的曲線運動，可利用機械能守恒定律求解動，可利

14、用機械能守恒定律求解(2)電場力、磁場力并存電場力、磁場力并存(不計重力的微觀粒子不計重力的微觀粒子)若電場力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運動，若電場力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運動，用平衡條件求解用平衡條件求解若電場力和洛倫茲力不平衡，則帶電體做復雜的曲線運若電場力和洛倫茲力不平衡，則帶電體做復雜的曲線運動，因動，因F洛洛不做功，可用動能定理求解問題不做功，可用動能定理求解問題(3)電場力、磁場力、重力并存電場力、磁場力、重力并存若三力平衡，一定做勻速直線運動，用平衡條件求解若三力平衡，一定做勻速直線運動，用平衡條件求解若重力與電場力平衡，一定做勻速圓周運動，用平衡條若重力與電

15、場力平衡，一定做勻速圓周運動，用平衡條件和牛頓第二定律求解件和牛頓第二定律求解若合力不為零且與速度方向不垂直若合力不為零且與速度方向不垂直,做復雜的曲線運動做復雜的曲線運動,因因F洛洛不做功，可用能量守恒或動能定理求解問題不做功，可用能量守恒或動能定理求解問題2帶電粒子在復合場中有約束情況下的運動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)、軌道等約束的情帶電體在復合場中受輕桿、輕繩、圓環(huán)、軌道等約束的情況下，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，并注意洛倫茲要通過受力分析明

16、確變力、恒力做功情況，并注意洛倫茲力不做功的特點，運用動能定理、能量守恒定律結(jié)合牛頓力不做功的特點，運用動能定理、能量守恒定律結(jié)合牛頓運動定律求出結(jié)果運動定律求出結(jié)果即時應用即時應用2如圖所示，質(zhì)量為如圖所示，質(zhì)量為m，帶電荷量為，帶電荷量為q的微粒的微粒以速度以速度v與水平方向成與水平方向成45角進入勻強電場和勻強磁場，磁角進入勻強電場和勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里如果微粒做勻速直線運動，則下列場方向垂直紙面向里如果微粒做勻速直線運動，則下列說法正確的是說法正確的是()考點探究講練互動考點探究講練互動(1)求求t0時刻射入偏轉(zhuǎn)電場的粒子在磁場邊界上的入射點時刻射入偏轉(zhuǎn)電場的粒子在磁場邊界上

17、的入射點和出射點間的距離；和出射點間的距離；(2)求粒子進入磁場時的最大速度的大??；求粒子進入磁場時的最大速度的大小；(3)對于所有進入磁場中的粒子，如果要增大粒子在磁場邊對于所有進入磁場中的粒子，如果要增大粒子在磁場邊界上的入射點和出射點間的距離，應該采取哪些措施？試界上的入射點和出射點間的距離，應該采取哪些措施？試從理論上推理說明從理論上推理說明【答案】【答案】(1)0.4 m(2)1.1105 m/s(3)見解析見解析【方法總結(jié)】【方法總結(jié)】解決這類問題的關鍵是：解決這類問題的關鍵是：(1)通過計算，確通過計算，確定粒子從一個場區(qū)進入另一個場區(qū)時的位置、速度大小和定粒子從一個場區(qū)進入另一

18、個場區(qū)時的位置、速度大小和方向方向(2)畫出粒子在每一個場中的軌跡畫出粒子在每一個場中的軌跡考點考點2帶電粒子在帶電粒子在“復合場復合場”中的運動中的運動 (2013江南十校聯(lián)考江南十校聯(lián)考)如圖所示，在水平地面上方有如圖所示，在水平地面上方有一范圍足夠大的互相正交的勻強電場和勻強磁場區(qū)域，磁場一范圍足夠大的互相正交的勻強電場和勻強磁場區(qū)域，磁場的磁感應強度為的磁感應強度為B、垂直紙面向里一質(zhì)量為、垂直紙面向里一質(zhì)量為m、帶電荷量、帶電荷量為為q的帶正電微粒在此區(qū)域內(nèi)沿豎直平面的帶正電微粒在此區(qū)域內(nèi)沿豎直平面(垂直于磁場方向的垂直于磁場方向的平面平面)做速度大小為做速度大小為v的勻速圓周運動，

19、重力加速度為的勻速圓周運動，重力加速度為g.(1)求此區(qū)域內(nèi)電場強度的大小和方向；求此區(qū)域內(nèi)電場強度的大小和方向；(2)若某時刻微粒在復合場中運動到若某時刻微粒在復合場中運動到P點時，速度與水平方向點時，速度與水平方向的夾角為的夾角為60，且已知，且已知P點與水平地面間的距離等于其做圓點與水平地面間的距離等于其做圓周運動的半徑，求該微粒運動到最高點時與水平地面間的周運動的半徑，求該微粒運動到最高點時與水平地面間的距離；距離；(3)當帶電微粒運動至最高點時，將電場強度的大小變?yōu)樵攷щ娢⒘＿\動至最高點時，將電場強度的大小變?yōu)樵瓉淼膩淼?/2(方向不變，且不計電場變化對原磁場的影響方向不變，且不計

20、電場變化對原磁場的影響)，且?guī)?，且?guī)щ娢⒘Ｄ苈渲恋孛妫髱щ娢⒘Ｂ渲恋孛鏁r的速度大小電微粒能落至地面，求帶電微粒落至地面時的速度大小【解析】【解析】(1)由于帶電微?？梢栽陔妶?、磁場和重力場共由于帶電微?？梢栽陔妶?、磁場和重力場共存的區(qū)域內(nèi)沿豎直平面做勻速圓周運動，表明帶電微粒所存的區(qū)域內(nèi)沿豎直平面做勻速圓周運動，表明帶電微粒所受的電場力和重力大小相等、方向相反，因此電場強度的受的電場力和重力大小相等、方向相反，因此電場強度的方向豎直向上設電場強度為方向豎直向上設電場強度為E，則有，則有mgqE，即，即Emg/q.【方法總結(jié)】【方法總結(jié)】帶電粒子在勻強電場、磁場及重力場帶電粒子在勻強電場、磁場

21、及重力場中做圓周運動時，重力與電場力平衡，洛倫茲力提供中做圓周運動時，重力與電場力平衡，洛倫茲力提供向心力，只受場力做直線運動時，三場力平衡向心力，只受場力做直線運動時，三場力平衡方法技巧方法技巧粒子在交變電場、磁場中的運動粒子在交變電場、磁場中的運動【范例】【范例】(18分分)如圖甲所示，在地面上方的真空室內(nèi)，兩如圖甲所示，在地面上方的真空室內(nèi)，兩正對的平行金屬板正對的平行金屬板(兩金屬板足夠長，圖中只畫出了一部分兩金屬板足夠長，圖中只畫出了一部分)水平放置，在兩極之間有一勻強電場，水平放置，在兩極之間有一勻強電場，場強按如圖乙所示規(guī)場強按如圖乙所示規(guī)律變化律變化(沿沿y軸正方向為正方向軸正

22、方向為正方向)在兩板正中間有一圓形勻在兩板正中間有一圓形勻強磁場區(qū)域強磁場區(qū)域,磁感應強度按圖丙所示規(guī)律變化磁感應強度按圖丙所示規(guī)律變化.如果建立如如果建立如圖甲所示的坐標系圖甲所示的坐標系,在在t0時刻有一質(zhì)量時刻有一質(zhì)量m9.0109 kg、電荷量電荷量q9.0106 C的的帶正電的小球帶正電的小球(可視為質(zhì)點可視為質(zhì)點)，以，以v010 m/s的初速度沿的初速度沿y軸正方向從軸正方向從O點射入，重力加速度取點射入，重力加速度取g10 m/s2.技法提煉思維升華技法提煉思維升華(1)分析小球在磁場中的運動，畫出運動示意圖，并確定分析小球在磁場中的運動，畫出運動示意圖，并確定小球在小球在勻強磁場中的運動時間及離開時的位置坐標勻強磁場中的運動時間及離開時的位置坐標.(2)分析小球分析小球離開磁場后做什么運動離開磁場后做什么運動？確定其？確定其到達到達x軸時軸時的位置坐標的位置坐標.尋規(guī)探法尋規(guī)探法批注批注：分別計算電場力、重力的大小，并確定在電場：分別計算電場力、重力的大小，并確定在電場的前半個周期內(nèi)電場力的方向，判定二力是否平衡；的前半個周期內(nèi)電場力的方向，判定二力是否平衡；批注批注：若電場力與重力平衡，小球在洛倫茲力作用下，：若電場力與重力平衡，小球在洛倫茲力作用下，做圓周運動，由于做圓周運動，由于B大小不同，則圓半徑、周期都不同，大小不同，則圓半徑、周期都不