原創(chuàng)2017年《南方新高考·高考總復習》物理-專題八-第3講-帶電粒子在復合場中的運動配套課件

第3講帶電粒子在復合場中的運動一、復合場與組合場

1.復合場：________、________、________共存，或其中某兩種場共存區(qū)域.電場磁場重力場

2.組合場：________與________各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊，或在同一區(qū)域內(nèi)，電場、磁場分時間段或分區(qū)域交替出現(xiàn).電場磁場3.重力考慮與否分三種情況很小忽略 (1)對于微觀粒子，如電子、質(zhì)子、離子等一般不做特殊交代就可以不計其重力，因為其重力一般情況下與電場力或磁場力相比________，可以________；而對于一些實際物體，如帶電小球、液滴、金屬塊等不做特殊交代時就應當考慮其重力. (2)在題目中有明確交代的是否要考慮重力的，這種情況比較正規(guī)，也比較簡單. (3)對未知的帶電粒子其重力是否可忽略又沒有明確時，可采用假設法判斷，假設重力計或者不計，結(jié)合題給條件得出的結(jié)論假設與題意相符那么假設正確，否那么假設錯誤.二、帶電粒子在復合場中運動的實例

1.質(zhì)譜儀 (1)用途：測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素. (2)原理：如圖8-3-1所示，先用電場加速，再進入磁場偏圖8-3-1 2.盤旋加速器 (1)用途：產(chǎn)生大量高能量帶電粒子. (2)原理：如圖8-3-2所示，電場用來對粒子加速，磁場用來使粒子盤旋從而能反復加速；盤旋加速器中所加交變電壓的頻率f與帶電粒子做勻速圓周運動的頻率相等；盤旋加速器最度一定的情況下，盤旋加速器的半徑R越大，粒子的能量就越大.圖8-3-2

3.速度選擇器(如圖8-3-3所示) 圖8-3-3 (1)平行板中電場強度E和磁感應強度B互相垂直.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. (2)帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是qE＝qvB，即v＝____，與粒子的電性、電荷量和質(zhì)量無關.4.磁流體發(fā)電機(1)磁流體發(fā)電是一項新興技術，它可以把內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能.正 (2)根據(jù)左手定那么，如圖8-3-4所示的B板是發(fā)電機____極. 圖8-3-4 (3)磁流體發(fā)電機兩極板間的距離為l，等離子體速度為v，磁場磁感應強度為B，那么兩極板間能到達的最大電勢差U＝Blv.

5.電磁流量計 電磁流量計的構(gòu)造和原理：如圖8-3-5所示，一圓形(也可是其他形狀)導管的直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導電的液體在管內(nèi)流動，導電液體中的自由電荷(正、負離子)在洛倫茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使a、b間出現(xiàn)電勢差.當自由電荷所受到的電場力與洛倫茲力平衡時，a、b間的電勢差就保持穩(wěn)定.圖8-3-5項目在場強為E的勻強電場中在磁感應強度為B的勻強磁場中初速度為零做初速度為零的勻加速直線運動保持靜止初速度垂直場線做勻變速曲線運動(類平拋運動)做勻速圓周運動初速度平行場線做勻變速直線運動做勻速直線運動特點受恒力作用，做勻變速運動洛倫茲力不做功，動能不變》》》考點1帶電粒子在組合場中的運動⊙重點歸納

1.在勻強電場、勻強磁場中可能的運動性質(zhì)項目電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)條件帶電粒子以v⊥E進入勻強電場帶電粒子以v⊥B進入勻強磁場受力情況只受恒定的電場力只受大小恒定的洛倫茲力運動情況類平拋運動勻速圓周運動運動軌跡拋物線圓弧物理規(guī)律類平拋規(guī)律、牛頓第二定律牛頓第二定律、向心力公式基本公式2.“電偏轉(zhuǎn)”和“磁偏轉(zhuǎn)”的比較項目電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)做功情況電場力既改變速度方向，也改變速度大小，對電荷做功洛倫茲力只改變速度方向，不改變速度大小，對電荷永不做功物理圖象(續(xù)表)⊙典例剖析

例1：(2015年廣東惠州一調(diào))如圖8-3-6

所示.一電子(其重力不計，質(zhì)量為m、電荷量為e)由靜止開始，經(jīng)加速電場加速后，水平向右從兩板正中間射入偏轉(zhuǎn)電場.偏轉(zhuǎn)電場由兩塊水平平行放置的長為l、相距為d的導體板組成，當兩板不帶電時，電子通過兩板之間的時間為t0，當在兩板間加電壓為U0

時，電子可射出偏轉(zhuǎn)電場，并射入垂直紙面向里的勻強磁場，最后打在磁場右側(cè)豎直放置的熒光屏上.磁場的水平寬度為s，豎直高度足夠大.求：(1)加速電場的電壓.(2)電子在離開偏轉(zhuǎn)電場時的側(cè)向位移.(3)要使電子能垂直打在熒光屏上，勻強磁場的磁感應強度為多大？圖8-3-6

思維點撥：(1)根據(jù)粒子在偏轉(zhuǎn)電場中水平方向上做勻速直線運動，求出水平速度，通過動能定理求出加速電場的電壓.(2)根據(jù)電子在偏轉(zhuǎn)電場中水平方向上做勻速直線運動，豎直方向上做勻加速直線運動，抓住等時性，結(jié)合牛頓第二定律和運動學公式求出側(cè)向位移.(3)結(jié)合粒子在磁場中運動的軌道半徑，通過洛倫茲力提供向心力求出磁感應強度的大小. (3)設電子從偏轉(zhuǎn)電場中射出時的偏向角為θ，要使電子垂直打在熒光屏上，那么電子在磁場中運動半徑應為

備考策略：粒子垂直電場方向進入電場做類平拋運動，首先對運動進行分解，在兩個分運動上求出分位移和分速度，然后再合成來解決問題.“切換”到偏轉(zhuǎn)磁場時，運動的軌跡、性質(zhì)等發(fā)生變化，自然地，我們又把目光轉(zhuǎn)向粒子在磁場中做勻速圓周運動，可以根據(jù)進出磁場的速度方向確定軌跡圓心，根據(jù)幾何關系求出軌道半徑和運動時間.兩場區(qū)“切換”時，抓住邊界“切換”點的速度方向是解題的關鍵所在.【考點練透】 1.(2014年大綱卷)如圖8-3-7所示，在第一象限存在勻強磁場，磁感應強度方向垂直于紙面(xOy平面)向外；在第四象限存在勻強電場，方向沿x軸負向.在y軸正半軸上某點以與x軸正向平行、大小為v0的速度發(fā)射出一帶正電荷的粒子，該粒子在(d,0)點沿垂直于x軸的方向進入電場.不計重力，假設該粒子離開電場時速度方向與y軸負方向的夾角為θ，求：圖8-3-7(1)電場強度大小與磁感應強度大小的比值.(2)該粒子在電場中運動的時間.

解：(1)如圖D48所示，粒子進入磁場后做勻速圓周運動.設磁感應強度的大小為B，粒子質(zhì)量與所帶電荷量分別為m和q，圓周運動的半徑為R0.由洛倫茲力公式及牛頓第二定律得圖D48①由題給條件和幾何關系可知R0＝d②

設電場強度大小為E，粒子進入電場后沿x軸負方向的加速度大小為ax，在電場中運動的時間為t，離開電場時沿x軸負方向的速度大小為vx.由牛頓第二定律及運動學公式得Eq＝max③④⑤vx＝axt

由于粒子在電場中做類平拋運動(如圖)，有⑥聯(lián)立①②③④⑤⑥式得圖8-3-8圖D49代入數(shù)據(jù)得U＝60V故加速電壓的最小值為60V.》》》考點2帶電粒子在復合場中的運動⊙重點歸納

1.三種場力的特點項目大小方向做功特點注意點重力始終為mg始終豎直向下與路徑無關，與豎直高度差有關，WG＝mgh(1)基本粒子可不計重力；(2)帶電粒子在電場中一定受電場力，而只有運動的電荷才有可能受洛倫茲力作用電場力F＝qE與場強方向非同即反與路徑無關，與始末位置的電勢差有關，WAB＝qUAB洛倫茲力f＝qvBsinα垂直于速度和磁感應強度的平面無論帶電粒子做什么運動，洛倫茲力都不做功2.常用結(jié)論(1)帶電粒子在三個場共同作用下做勻速圓周運動：必然是電場力和重力平衡，而洛倫茲力充當向心力.

(2)帶電粒子在三個場共同作用下做直線運動：重力和電場力是恒力，它們的合力也是恒力.當帶電粒子的速度平行于磁場時，不受洛倫茲力，因此可能做勻速運動也可能做勻變速運動；當帶電粒子的速度垂直于磁場時，一定做勻速運動.⊙典例剖析

例2：(2016年吉林長春外國語學校質(zhì)檢)如圖8-3-9所示，直角坐標系xOy位于豎直平面內(nèi)，在第四象限存在勻強磁場和勻強電場，磁場的磁感應強度為B，方向垂直xOy平面向里，電場線平行于y軸，一質(zhì)量為m，電荷量大小為q的帶負電的小球，從y軸上的A點水平向右拋出，經(jīng)x軸上的M點進入電場和磁場，恰能做勻速圓周運動，最后從y軸上的N點沿垂直于y軸的方向離開電場和磁場，ON之間的距離為L.小球過M點時速度方向與x軸正方向夾角為θ，不計空氣阻力，重力加速度為g，求：圖8-3-9(1)電場強度E的大小和方向.(2)小球從A點拋出時初速度v0的大小.(3)A點到x軸的高度h.

思維點撥：由題意可知，由A點到M點小球做平拋運動，進入復合場后，小球所受重力和電場力平衡，洛倫茲力為小球做圓周運動提供向心力.

解：(1)小球在電場、磁場中恰好做勻速圓周運動，其所受豎直向下，電場力的方向應豎直向上，由于小球帶負電，那么電場強度方向豎直向下.

(2)小球做勻速圓周運動，如圖8-3-10所示，設半徑為R，由幾何關系得 圖8-3-10①由速度的合成與分解知v0＝vcosθ由①②③式解得 小球做勻速圓周運動的向心力由洛倫茲力提供，設小球做勻速圓周運動的速率為v，那么有②③ 備考策略：處理這類綜合題，應把握以下幾點：(1)熟悉電場力、磁場力大小的計算和方向的判別.(2)熟悉帶電粒子在勻強電場、勻強磁場中的根本運動，如加速、偏轉(zhuǎn)、勻速圓周運動等.(3)通過詳細地分析帶電體運動的全部物理過程，找出與此過程相應的受力情況及物理規(guī)律，遇到臨界情況或極值情況，那么要全力找出出現(xiàn)此情況的條件.(4)在“力學問題”中，主要應用牛頓運動定律結(jié)合運動學公式、動能定理、動量定理和動量守恒定律等規(guī)律來處理.【考點練透】

3.(2014年福建卷)如圖8-3-11所示，某一新型發(fā)電裝置的發(fā)電管是橫截面為矩形的水平管道，管道的長為L、寬為d、高為h，上下兩面是絕緣板，前后兩側(cè)面M、N是電阻可忽略的導體板，兩導體板與開關S和定值電阻R相連.整個管道置于磁感應強度大小為B，方向沿z軸正方向的勻強磁場中.管道內(nèi)始終充滿電阻率為ρ的導電液體(有大量的正、負離子)，且開關閉合前后，液體在管道進、出口兩端壓強差的作用下，均以恒定速率v0