南方新高考高考物理一輪總復(fù)習(xí)專題八第3講帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件新人教版

第3講帶電粒子在復(fù)合(fùhé)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第一頁(yè)，共38頁(yè)。第3講帶電粒子在復(fù)合(fùhé)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第一頁(yè)，共38頁(yè)一、復(fù)合(fùhé)場(chǎng)與組合場(chǎng) 1.復(fù)合(fùhé)場(chǎng)：________、________、________共存，或其中某兩種場(chǎng)共存(gòngcún)區(qū)域.電場(chǎng)(diànchǎng)磁場(chǎng)重力場(chǎng)

2.組合場(chǎng)：________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(chǎng)、磁場(chǎng)分時(shí)間段或分區(qū)域交替出現(xiàn).電場(chǎng)磁場(chǎng)第二頁(yè)，共38頁(yè)。一、復(fù)合(fùhé)場(chǎng)與組合場(chǎng)某兩種場(chǎng)共存(gòngcún)3.重力(zhònglì)考慮與否分三種情況很小忽略(hūlüè) (1)對(duì)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(jì)其重力，因?yàn)槠渲亓σ话闱闆r下與電場(chǎng)力或磁場(chǎng)力相比________，可以________；而對(duì)于一些實(shí)際物體(wùtǐ)，如帶電小球、液滴、金屬塊等不做特殊交代時(shí)就應(yīng)當(dāng)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(jiǎn)單. (3)對(duì)未知的帶電粒子其重力是否可忽略又沒有明確時(shí)，可采用假設(shè)法判斷，假設(shè)重力計(jì)或者不計(jì)，結(jié)合題給條件得出的結(jié)論若與題意相符則假設(shè)正確，否則假設(shè)錯(cuò)誤.第三頁(yè)，共38頁(yè)。3.重力(zhònglì)考慮與否分三種情況很小忽略(hūl二、帶電粒子在復(fù)合(fùhé)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例 1.質(zhì)譜儀 (1)用途：測(cè)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(chǎng)加速，再進(jìn)入磁場(chǎng)偏圖8-3-1第四頁(yè)，共38頁(yè)。二、帶電粒子在復(fù)合(fùhé)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例圖8-3-1第 2.回旋(huíxuán)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(chǎng)用來(lái)對(duì)粒子加速，磁場(chǎng)用來(lái)使粒子回旋(huíxuán)從而能反復(fù)加速；回旋(huíxuán)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(yùn)動(dòng)的頻率相等；回旋(huíxuán)加速器最度一定的情況(qíngkuàng)下，回旋加速器的半徑R越大，粒子(lìzǐ)的能量就越大.圖8-3-2第五頁(yè)，共38頁(yè)。 2.回旋(huíxuán)加速器度一定的情況(qíngku 3.速度選擇器(如圖8-3-3所示) 圖8-3-3 (1)平行板中電場(chǎng)(diànchǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)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(lái)，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(diànhè)量和質(zhì)量無(wú)關(guān).第六頁(yè)，共38頁(yè)。 3.速度選擇器(如圖8-3-3所示)＝qvB，即v＝4.磁流體發(fā)電機(jī)(1)磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，它可以把內(nèi)能直接(zhíjiē)轉(zhuǎn)化為電能(diànnéng).正 (2)根據(jù)左手定則，如圖8-3-4所示的B板是發(fā)電機(jī)____極. 圖8-3-4 (3)磁流體發(fā)電機(jī)兩極(liǎngjí)板間的距離為l，等離子體速度為v，磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則兩極(liǎngjí)板間能達(dá)到的最大電勢(shì)差U＝Blv.第七頁(yè)，共38頁(yè)。4.磁流體發(fā)電機(jī)電能(diànnéng).正 (2)根據(jù)左手 5.電磁流量計(jì) 電磁流量計(jì)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(dǎo)管的直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體在管內(nèi)流動(dòng)，導(dǎo)電液體中的自由電荷(正、負(fù)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(shì)差.當(dāng)自由電荷所受到的電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，a、b間的電勢(shì)差就保持(bǎochí)穩(wěn)定.圖8-3-5第八頁(yè)，共38頁(yè)。 5.電磁流量計(jì)圖8-3-5第八頁(yè)，共38頁(yè)。項(xiàng)目在場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中初速度為零做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)保持靜止初速度垂直場(chǎng)線做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)(類平拋運(yùn)動(dòng))做勻速圓周運(yùn)動(dòng)初速度平行場(chǎng)線做勻變速直線運(yùn)動(dòng)做勻速直線運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)受恒力作用，做勻變速運(yùn)動(dòng)洛倫茲力不做功，動(dòng)能不變》》》考點(diǎn)(kǎodiǎn)1帶電粒子在組合(zǔhé)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)⊙重點(diǎn)(zhòngdiǎn)歸納 1.在勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中可能的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)第九頁(yè)，共38頁(yè)。項(xiàng)目在場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)初速項(xiàng)目電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)條件帶電粒子以v⊥E進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)帶電粒子以v⊥B進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)受力情況只受恒定的電場(chǎng)力只受大小恒定的洛倫茲力運(yùn)動(dòng)情況類平拋運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)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)(piānzhuǎn)”和“磁偏轉(zhuǎn)(piānzhuǎn)”的比較第十頁(yè)，共38頁(yè)。項(xiàng)目電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)條件帶電粒子以v⊥E進(jìn)入勻強(qiáng)帶電粒子項(xiàng)目電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)做功情況電場(chǎng)力既改變速度方向，也改變速度大小，對(duì)電荷做功洛倫茲力只改變速度方向，不改變速度大小，對(duì)電荷永不做功物理圖象(續(xù)表)第十一頁(yè)，共38頁(yè)。項(xiàng)目電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)做功情況電場(chǎng)力既改變速度方向，也洛倫茲力只改⊙典例剖析(pōuxī) 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(jì)，質(zhì)量為m、電荷量為e)由靜止開始，經(jīng)加速電場(chǎng)加速后，水平向右從兩板正中間射入(shèrù)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng).偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)由兩塊水平平行放置的長(zhǎng)為l、相距為d的導(dǎo)體板組成，當(dāng)兩板不帶電時(shí)，電子通過兩板之間的時(shí)間為t0，當(dāng)在兩板間加電壓為U0時(shí)，電子可射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，并射入(shèrù)垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，最后打在磁場(chǎng)右側(cè)豎直放置的熒光屏上.磁場(chǎng)的水平寬度為s，豎直高度足夠大.求：第十二頁(yè)，共38頁(yè)。⊙典例剖析(pōuxī) 例1：(2015年廣東惠州一調(diào)(1)加速(jiāsù)電場(chǎng)的電壓.(2)電子在離開偏轉(zhuǎn)(piānzhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的側(cè)向位移.(3)要使電子(diànzǐ)能垂直打在熒光屏上，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為多大？圖8-3-6第十三頁(yè)，共38頁(yè)。(1)加速(jiāsù)電場(chǎng)的電壓.(2)電子在離開偏轉(zhuǎn)( 思維點(diǎn)撥：(1)根據(jù)粒子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，求出水平速度，通過動(dòng)能定理求出加速電場(chǎng)的電壓(diànyā).(2)根據(jù)電子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，豎直方向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，抓住等時(shí)性，結(jié)合牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出側(cè)向位移.(3)結(jié)合粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑，通過洛倫茲力提供向心力求出磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小.第十四頁(yè)，共38頁(yè)。 思維點(diǎn)撥：(1)根據(jù)粒子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中水平方向上做勻速直第十第十五頁(yè)，共38頁(yè)。第十五頁(yè)，共38頁(yè)。 (3)設(shè)電子從偏轉(zhuǎn)(piānzhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí)的偏向角為θ，要使電子垂直打在熒光屏上，則電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑應(yīng)為第十六頁(yè)，共38頁(yè)。 (3)設(shè)電子從偏轉(zhuǎn)(piānzhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí)的偏向 備考策略：粒子垂直電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng)做類平拋運(yùn)動(dòng)，首先對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分解，在兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)上求出分位移和分速度，然后再合成來(lái)解決問題.“切換”到偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)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(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，可以根據(jù)(gēnjù)進(jìn)出磁場(chǎng)的速度方向確定軌跡圓心，根據(jù)幾何關(guān)系求出軌道半徑和運(yùn)動(dòng)時(shí)間.兩場(chǎng)區(qū)“切換”時(shí)，抓住邊界“切換”點(diǎn)的速度方向是解題的關(guān)鍵所在.第十七頁(yè)，共38頁(yè)。 備考策略：粒子垂直電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng)做類平拋運(yùn)動(dòng)，首第十七頁(yè)【考點(diǎn)練透】 1.(2014年大綱卷)如圖8-3-7所示，在第一象限存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度(qiángdù)方向垂直于紙面(xOy平面)向外；在第四象限存在勻強(qiáng)電場(chǎng)，方向沿x軸負(fù)向.在y軸正半軸上某點(diǎn)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(diǎn)沿垂直于x軸的方向進(jìn)入電場(chǎng).不計(jì)重力，若該粒子離開電場(chǎng)時(shí)速度方向與y軸負(fù)方向的夾角為θ，求：圖8-3-7(1)電場(chǎng)強(qiáng)度大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的比值.(2)該粒子(lìzǐ)在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間.第十八頁(yè)，共38頁(yè)?！究键c(diǎn)練透】圖8-3-7(1)電場(chǎng)強(qiáng)度大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小 解：(1)如圖D48所示，粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng).設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)動(dòng)的半徑為R0.由洛倫茲力公式及牛頓第二(dìèr)定律得圖D48①由題給條件和幾何(jǐhé)關(guān)系可知R0＝d② 設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，粒子進(jìn)入電場(chǎng)后沿x軸負(fù)方向的加速度大小為ax，在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)(yùndòng)的時(shí)間為t，離開電場(chǎng)時(shí)沿x軸負(fù)方向的速度大小為vx.由牛頓第二定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得Eq＝max③第十九頁(yè)，共38頁(yè)。 解：(1)如圖D48所示，粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻圖D48①④⑤vx＝axt

由于粒子(lìzǐ)在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)(如圖)，有⑥聯(lián)立①②③④⑤⑥式得第二十頁(yè)，共38頁(yè)。④vx＝axt⑥聯(lián)立①②③④⑤⑥式得第二十頁(yè)，共38頁(yè)。第二十一頁(yè)，共38頁(yè)。第二十一頁(yè)，共38頁(yè)。圖8-3-8第二十二頁(yè)，共38頁(yè)。圖8-3-8第二十二頁(yè)，共38頁(yè)。第二十三頁(yè)，共38頁(yè)。第二十三頁(yè)，共38頁(yè)。圖D49第二十四頁(yè)，共38頁(yè)。圖D49第二十四頁(yè)，共38頁(yè)。代入數(shù)據(jù)(shùjù)得U＝60V故加速電壓的最小值為60V.第二十五頁(yè)，共38頁(yè)。代入數(shù)據(jù)(shùjù)得U＝60V第二十五頁(yè)，共38頁(yè)?！贰贰房键c(diǎn)(kǎodiǎn)2帶電粒子在復(fù)合(fùhé)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)⊙重點(diǎn)歸納 1.三種(sānzhǒnɡ)場(chǎng)力的特點(diǎn)項(xiàng)目大小方向做功特點(diǎn)注意點(diǎn)重力始終為mg始終豎直向下與路徑無(wú)關(guān)，與豎直高度差有關(guān)，WG＝mgh(1)基本粒子可不計(jì)重力；(2)帶電粒子在電場(chǎng)中一定受電場(chǎng)力，而只有運(yùn)動(dòng)的電荷才有可能受洛倫茲力作用電場(chǎng)力F＝qE與場(chǎng)強(qiáng)方向非同即反與路徑無(wú)關(guān)，與始末位置的電勢(shì)差有關(guān)，WAB＝qUAB洛倫茲力f＝qvBsinα垂直于速度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的平面無(wú)論帶電粒子做什么運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力都不做功第二十六頁(yè)，共38頁(yè)。》》》考點(diǎn)(kǎodiǎn)2帶電粒子在復(fù)合(fùhé)場(chǎng)2.常用(chánɡyònɡ)結(jié)論(1)帶電粒子在三個(gè)場(chǎng)共同作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(yùndòng)：必然是電場(chǎng)力和重力(zhònglì)平衡，而洛倫茲力充當(dāng)向心力.

(2)帶電粒子在三個(gè)場(chǎng)共同作用下做直線運(yùn)動(dòng)：重力和電場(chǎng)力是恒力，它們的合力也是恒力.當(dāng)帶電粒子的速度平行于磁場(chǎng)時(shí)，不受洛倫茲力，因此可能做勻速運(yùn)動(dòng)也可能做勻變速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)帶電粒子的速度垂直于磁場(chǎng)時(shí)，一定做勻速運(yùn)動(dòng).第二十七頁(yè)，共38頁(yè)。2.常用(chánɡyònɡ)結(jié)論(1)帶電粒子在三個(gè)場(chǎng)共⊙典例剖析(pōuxī) 例2：(2016年吉林長(zhǎng)春外國(guó)語(yǔ)學(xué)校質(zhì)檢)如圖8-3-9所示，直角坐標(biāo)系xOy位于豎直平面內(nèi)，在第四象限存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直xOy平面向里，電場(chǎng)線平行于y軸，一質(zhì)量為m，電荷量大小為q的帶負(fù)電(fùdiàn)的小球，從y軸上的A點(diǎn)水平向右拋出，經(jīng)x軸上的M點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)和磁場(chǎng)，恰能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，最后從y軸上的N點(diǎn)沿垂直于y軸的方向離開電場(chǎng)和磁場(chǎng)，ON之間的距離為L(zhǎng).小球過M點(diǎn)時(shí)速度方向與x軸正方向夾角為θ，不計(jì)空氣阻力，重力加速度為g，求：第二十八頁(yè)，共38頁(yè)?！训淅饰?pōuxī) 例2：(2016年吉林長(zhǎng)春外國(guó)圖8-3-9(1)電場(chǎng)強(qiáng)度(qiángdù)E的大小和方向.(2)小球從A點(diǎn)拋出時(shí)初速度v0的大小(dàxiǎo).(3)A點(diǎn)到x軸的高度h.第二十九頁(yè)，共38頁(yè)。圖8-3-9(1)電場(chǎng)強(qiáng)度(qiángdù)E的大小和 思維點(diǎn)撥：由題意可知，由A點(diǎn)到M點(diǎn)小球做平拋運(yùn)動(dòng)(yùndòng)，進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)后，小球所受重力和電場(chǎng)力平衡，洛倫茲力為小球做圓周運(yùn)動(dòng)(yùndòng)提供向心力. 解：(1)小球在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中恰好做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(yùndòng)，其所受豎直向下，電場(chǎng)力的方向應(yīng)豎直向上，由于小球(xiǎoqiú)帶負(fù)電，則電場(chǎng)強(qiáng)度方向豎直向下.第三十頁(yè)，共38頁(yè)。 思維點(diǎn)撥：由題意可知，由A點(diǎn)到M點(diǎn)小球做平拋運(yùn)動(dòng)( (2)小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖8-3-10所示，設(shè)半徑為R，由幾何(jǐhé)關(guān)系得 圖8-3-10①第三十一頁(yè)，共38頁(yè)。 (2)小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖8-3-10所示，設(shè)半徑由速度的合成(héchéng)與分解知v0＝vcosθ由①②③式解得 小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(yùndòng)的向心力由洛倫茲力提供，設(shè)小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(yùndòng)的速率為v，則有②③第三十二頁(yè)，共38頁(yè)。由速度的合成(héchéng)與分解知v0＝vcosθ第三十三頁(yè)，共38頁(yè)。第三十三頁(yè)，共38頁(yè)。 備考策略：處理這類綜合題，應(yīng)把握以下幾點(diǎn)：(1)熟悉電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力大小的計(jì)算和方向的判別.(2)熟悉帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的基本運(yùn)動(dòng)，如加速、偏轉(zhuǎn)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)等.(3)通過詳細(xì)地分析帶電體運(yùn)動(dòng)的全部物理過程，找出與此過程相應(yīng)的受力情況及物理規(guī)律，遇到臨界情況或極值情況，則要全力找出出現(xiàn)此情況的條件.(4)在“力學(xué)問題”中，主要應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式、動(dòng)能定理、動(dòng)量定理(dònɡliànɡdìnɡlǐ)和動(dòng)量守恒定律等規(guī)律來(lái)處理.第三十四頁(yè)，共38頁(yè)。 備考策略：處理