第三節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)演示文稿

第三節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)演示文稿目前一頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)優(yōu)選第三節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)目前二頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)2．帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)分類(1)靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中所受合外力________時(shí)，將處于靜止?fàn)顟B(tài)或做勻速直線運(yùn)動(dòng)．為零目前三頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)(2)勻速圓周運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子所受的________與_________大小相等、方向相反時(shí)，帶電粒子在_____________的作用下，在垂直于勻強(qiáng)磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．重力電場力洛倫茲力目前四頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)(3)非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)當(dāng)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，粒子做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng),這時(shí)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡既不是圓弧，也不是拋物線．目前五頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)二、帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析1．速度選擇器(如圖11－3－1)圖11－3－1目前六頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)(1)平行板間電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相__________這種裝置能把具有一定_________的粒子選擇出來，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qE＝______，即v＝

.垂直．速度qvB目前七頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)2．磁流體發(fā)電機(jī)(如圖11－3－2)(1)磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，它可以把______能直接轉(zhuǎn)化為_____能．(2)根據(jù)左手定則，如圖中的B板是發(fā)電機(jī)_________圖11－3－2內(nèi)電正極．目前八頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)(3)磁流體發(fā)電機(jī)兩極板間的距離為d,等離子體速度為v，磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則兩極板間能達(dá)到的最大電勢差U＝_________.3．電磁流量計(jì)(1)如圖11－3－3所示，一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體流過導(dǎo)管．Bdv目前九頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)(2)原理：導(dǎo)電液體中的自由電荷(正、負(fù)離子)在___________作用下橫向偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)__________，形成電場．當(dāng)自由電荷所受電場力和洛倫茲力________時(shí)，a、b間的電勢差就保持穩(wěn)定．洛倫茲力電勢差平衡圖11－3－3目前十頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)目前十一頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)4．霍爾效應(yīng)在勻強(qiáng)磁場中放置一個(gè)矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)磁場方向與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了__________這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢差稱為________________或霍爾電壓，其原理如圖11－3－4所示．電勢差．霍爾電勢差目前十二頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)圖11－3－4目前十三頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)名師點(diǎn)撥：分析帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果沒有明確指出，則對于微觀粒子如電子、質(zhì)子、α粒子、離子等其重力可忽略不計(jì)；對于實(shí)際物體，如帶電小球、液滴、金屬塊等一般應(yīng)考慮重力．目前十四頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)要點(diǎn)透析直擊高考一、電偏轉(zhuǎn)和磁偏轉(zhuǎn)的比較電

偏

轉(zhuǎn)磁

偏

轉(zhuǎn)受力特征F電＝qE恒力F洛＝qvB變力運(yùn)動(dòng)性質(zhì)勻變速曲線運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)目前十五頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)目前十六頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)目前十七頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)即時(shí)應(yīng)用1．如圖11－3－5所示，在虛線所示寬度范圍內(nèi)，用場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場可使初速度是v0的某種正粒子偏轉(zhuǎn)θ角．圖11－3－5目前十八頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)在同樣寬度范圍內(nèi)，若改用方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，使該粒子穿過該區(qū)域，并使偏轉(zhuǎn)角也為θ(不計(jì)粒子的重力)，則：(1)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度是多大？(2)粒子穿過電場和磁場的時(shí)間之比是多大？目前十九頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)目前二十頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)目前二十一頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)二、帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的一般思路1．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．目前二十二頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)(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．目前二十三頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)(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．①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．②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．目前二十四頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)③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．④對于臨界問題，注意挖掘隱含條件．2．復(fù)合場中粒子重力是否考慮的三種情況目前二十五頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)(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、液滴、金屬塊等一般應(yīng)當(dāng)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．目前二十六頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)(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．3．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)．目前二十七頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)(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)，電勢能的變化總是與電場力做功相對應(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．目前二十八頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)特別提醒：(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.目前二十九頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)即時(shí)應(yīng)用2．如圖11－3－6所示，豎直平面xOy內(nèi)存在水平向右的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)大小E＝10N/C，在y≥0的區(qū)域內(nèi)還存在垂直于坐標(biāo)平面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝0.5T，一帶電荷量q＝＋0.2C、質(zhì)量m＝0.4kg的小球由長目前三十頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)l＝0.4m的細(xì)線懸掛于P點(diǎn)，小球可視為質(zhì)點(diǎn)．現(xiàn)將小球拉至水平位置A無初速釋放，小球運(yùn)動(dòng)到懸點(diǎn)P正下方的坐標(biāo)原點(diǎn)O時(shí)，懸線突然斷裂，此后小球又恰好能通過O點(diǎn)正下方的N點(diǎn)．(g＝10m/s2)求：圖11－3－6目前三十一頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)(1)小球運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)的速度大小；(2)懸線斷裂前瞬間拉力的大??；(3)ON間的距離．目前三十二頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)目前三十三頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)答案：(1)2m/s

(2)8.2N

(3)3.2m目前三十四頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)題型探究講練互動(dòng) (2011·高考大綱全國卷)如圖11－3－7,與水平面成45°角的平面MN將空間分成Ⅰ和Ⅱ兩個(gè)區(qū)域．帶電粒子在“組合場”中的運(yùn)動(dòng)例1目前三十五頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)一質(zhì)量為m、電荷量為q(q＞0)的粒子以速度v0從平面MN上的P0點(diǎn)水平向右射入Ⅰ區(qū)．粒子在Ⅰ區(qū)運(yùn)動(dòng)時(shí)，只受到大小不變、方向豎直向下的電場作用，電場強(qiáng)度大小為E；在Ⅱ區(qū)運(yùn)動(dòng)時(shí)，只受到勻強(qiáng)磁場的作用，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于紙面向里．目前三十六頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)求粒子首次從Ⅱ區(qū)離開時(shí)到出發(fā)點(diǎn)P0的距離．粒子的重力可以忽略．圖11－3－7目前三十七頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)【解析】帶電粒子進(jìn)入電場后，在電場力的作用下沿拋物線運(yùn)動(dòng)，其加速度方向豎直向下，設(shè)其大小為a，由牛頓定律得qE＝ma①圖11－3－8目前三十八頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)設(shè)經(jīng)過時(shí)間t0，粒子從平面MN上的點(diǎn)P1進(jìn)入磁場，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和幾何關(guān)系得目前三十九頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)目前四十頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)目前四十一頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)帶電粒子在“復(fù)合場”中的運(yùn)動(dòng)例2 (2010·高考安徽卷)如圖11－3－9甲所示，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)磁場和豎直方向上的周期性變化的電場(如圖乙所示)，電場強(qiáng)度的大小為E0，E＞0表示電場方向豎直向上．目前四十二頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)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．目前四十三頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)圖11－3－9目前四十四頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)(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．目前四十五頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)圖11－3－10目前四十六頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)目前四十七頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)圖11－3－11目前四十八頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)目前四十九頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)【規(guī)律總結(jié)】

(1)帶電粒子在勻強(qiáng)電場、磁場及重力場中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力與電場力平衡，洛倫茲力提供向心力；做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，三力平衡；(2)粒子交替做直線運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)，要注意找圓周運(yùn)動(dòng)的周期與電場(或磁場)變化周期的關(guān)系．目前五十頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn) (滿分樣板19分)(2012·北京海淀二模)在水平地面上方足夠大的真空室內(nèi)存在著勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場共存的區(qū)域，且電場與磁場的方向始終平行，在距離水平地面的某一高度處，有一個(gè)帶電荷量為q、質(zhì)量為m的帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn),帶電粒子在復(fù)合場中的一般曲線運(yùn)動(dòng)例3目前五十一頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)以垂直于電場方向的水平初速度v0進(jìn)入該真空室內(nèi)．取重力加速度為g.求：(1)若要使帶電質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入真空室后做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B0的大小及所有可能的方向；目前五十二頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)(2)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小變?yōu)锽時(shí)，為保證帶電質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入真空室后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，求此時(shí)電場強(qiáng)度E的大小和方向應(yīng)滿足的條件；(3)若帶電質(zhì)點(diǎn)在滿足第(2)問的條件下運(yùn)動(dòng)到空中某一位置M點(diǎn)時(shí)立即撤去磁場，此后運(yùn)動(dòng)到空中另一位置N點(diǎn)目前五十三頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)時(shí)的速度大小為v，求M、N兩點(diǎn)間的豎直高度H及經(jīng)過N點(diǎn)時(shí)重力做功的功率.?解題樣板規(guī)范步驟，該得的分一分不丟！(1)由于帶電質(zhì)點(diǎn)在勻強(qiáng)電場E0和勻強(qiáng)磁場B0共存的區(qū)域內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所以受到的電場力必定與重力平衡，即qE0＝mg(1分)目前五十四頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)目前五十五頁\總數(shù)五十九頁\編于二十二點(diǎn)(2)磁場B和電場E方向相同時(shí)，如圖11－3－12甲所示；磁