2013屆高考物理第一輪考點(diǎn)總復(fù)習(xí)課件56

1、,磁場(chǎng),帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),第九章,帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) (1)這里所說(shuō)的復(fù)合場(chǎng)是指電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)并存.或其中某兩種場(chǎng)并存的場(chǎng)，帶電粒子在這些復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí).必須同時(shí)考慮電場(chǎng)力、洛倫茲力和重力的作用或其中某兩種力的作用.因此對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)形式的分析就顯得極為重要. (2)當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中所受的合外力為零時(shí)，粒子將做或.,勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),靜止,(3)當(dāng)帶電粒子所受的合外力與運(yùn)動(dòng)方向在同一條直線(xiàn)上時(shí)，粒子將做運(yùn)動(dòng). (4)當(dāng)帶電粒子所受的合外力充當(dāng)向心力時(shí).粒子將做運(yùn)動(dòng). (5)當(dāng)帶電粒子所受的合外力的大小、方向均不斷變化時(shí)，則粒子將做運(yùn)動(dòng)，這類(lèi)問(wèn)題一般只能用能量關(guān)系處理.,變速直線(xiàn)

2、,勻速圓周,變加速,在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)和水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直相交的區(qū)域里，一帶電粒子從a點(diǎn)由靜止開(kāi)始沿曲線(xiàn)ab運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)時(shí)，速度又變?yōu)榱?，b點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)中能夠到達(dá)的最高點(diǎn)，如圖9-4-1所示.,圖9-4-1,帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),若不計(jì)重力，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是( ) A.粒子肯定帶負(fù)電，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里 B.a、c點(diǎn)處在同一條水平線(xiàn)上 C.粒子通過(guò)b點(diǎn)時(shí)速率最大 D.粒子到達(dá)c點(diǎn)后將沿原路徑返回到a點(diǎn),粒子從a點(diǎn)由靜止運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)，說(shuō)明它受到的電場(chǎng)力向上，說(shuō)明粒子帶負(fù)電，磁場(chǎng)方向垂直向里，A正確.洛倫茲力不做功，粒子到達(dá)c時(shí)，電勢(shì)能應(yīng)與在a時(shí)相等，所以a、c處在同一水平線(xiàn)上，B正確

3、.粒子在b點(diǎn)時(shí)，電場(chǎng)力做功最大，所以速度也最大，故C正確.粒子到達(dá)c點(diǎn)后，會(huì)再重復(fù)原來(lái)的運(yùn)動(dòng)形式，但不會(huì)原路返回，故D錯(cuò)誤.本題的正確答案是D. 電場(chǎng)力對(duì)粒子做功，洛倫茲力對(duì)粒子不做功.,變式訓(xùn)練1：如圖9-4-2所示，在xOy坐標(biāo)系所在的空間中，可能存在勻強(qiáng)電場(chǎng)或勻強(qiáng)磁場(chǎng)，也可能兩者都存在或都不存在.但如果兩者都存在，已知磁場(chǎng)平行于xy平面.現(xiàn)有一質(zhì)量為m帶正電荷q的點(diǎn)電荷沿z軸正方向射入此空間中，發(fā)現(xiàn)它做速度為v0的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng).,若不計(jì)重力，試寫(xiě)出電場(chǎng)和磁場(chǎng)的分布有哪幾種可能性.要求對(duì)每一種可能性都要說(shuō)出其中電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和大小，以及它們之間可能存在的關(guān)系.不要求推導(dǎo)或說(shuō)明理

4、由.,圖9-4-2,解析：粒子從a點(diǎn)由靜止運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)，說(shuō)明它受到的電場(chǎng)力向上，說(shuō)明粒子帶負(fù)電，磁場(chǎng)方向垂直向里，A正確洛倫茲力不做功，粒子到達(dá)c時(shí)，電勢(shì)能應(yīng)與在a時(shí)相等，所以a、c處在同一水平線(xiàn)上，B正確粒子在b點(diǎn)時(shí)，電場(chǎng)力做功最大，所以速度也最大，故C正確粒子到達(dá)c點(diǎn)后，會(huì)再重復(fù)原來(lái)的運(yùn)動(dòng)形式，但不會(huì)原路返回，故D錯(cuò)誤本題的正確答案是D.,帶電微粒在電場(chǎng)力、洛倫茲力和重力作用下的運(yùn)動(dòng),如圖9-4-3所示，在與水平面成30角斜向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和沿水平方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B的空間中，有一個(gè)質(zhì)量為m的帶電體豎直向下做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，則此帶電體帶電，電荷量為，運(yùn)動(dòng)速度為.,圖9-4-3,粒子向下

5、做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明粒子所受電場(chǎng)力、洛倫茲力、重力三力平衡，洛倫茲力向左，帶負(fù)電，qEsin30=mg，所以q=， 由=tan30 得=. 粒子在重力場(chǎng)、電場(chǎng)和磁場(chǎng)中做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)方向垂直于磁場(chǎng)方向，那么一定做的是勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng).,變式訓(xùn)練2：如圖9-4-4所示，某空間存在正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)方向水平向右，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，一帶電微粒由a點(diǎn)進(jìn)入電磁場(chǎng)并剛好能沿ab直線(xiàn)向上運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是(),圖9-4-4,A.微粒一定帶正電 B.微粒動(dòng)能一定減小 C.微粒的電勢(shì)能一定增加 D.微粒的機(jī)械能一定增加,解析：帶電微粒做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，如果粒子帶正電，它受合外力不為零，粒子的速度大小

6、會(huì)改變，導(dǎo)致洛倫茲力改變，粒子不能繼續(xù)做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，所以粒子帶負(fù)電，受平衡力作用，做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，A、B錯(cuò)誤；微粒帶負(fù)電，則電勢(shì)能是減少的，C錯(cuò)；微粒的動(dòng)能不變，重力勢(shì)能增加，所以機(jī)械能增加，D正確,帶電粒子先后在兩個(gè)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 如圖9-4-5所示，在坐標(biāo)系xOy平面的第象限內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1，在第象限內(nèi)存在垂直紙面向里的另一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2，在x軸上有一點(diǎn)Q(23a,0)、在y軸上有一點(diǎn)P(0,a).現(xiàn)有一質(zhì)量為m，電荷量為+q的帶電粒子(不計(jì)重力)，從P點(diǎn)處垂直y軸以速度v0射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1中，并以與x軸正方向成60角的方向進(jìn)入x軸下方的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2中，在B2中偏轉(zhuǎn)后剛好打在Q點(diǎn)

7、.,求： (1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1、B2的大??； (2)粒子從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)所用的時(shí)間.,圖9-4-5,(1)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌跡如圖所示.,設(shè)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1中的偏轉(zhuǎn)半徑r1 則r1=r1cos60+a即r1=2a 由B1qv0=m 得B1= 設(shè)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2中的偏轉(zhuǎn)半徑r2 2r2sin60=2 a-r1sin60,r2=a 由B2qv0=m 得B2= (2)t=t1+t2= T1+ T2= 帶電粒子先后在兩個(gè)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，確定粒子的軌道半徑和圓心，是解題的關(guān)鍵.注意粒子在兩磁場(chǎng)區(qū)的交界處，軌道是相切的.,變式訓(xùn)練3：如圖9-4-6所示，在y0的空間中存在勻

8、強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)沿y軸負(fù)方向；在y0的空間中，存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直xy平面(紙面)向外.一電荷量為q、質(zhì)量為m的帶正電的運(yùn)動(dòng)粒子，經(jīng)過(guò)y軸上y=h處的點(diǎn)P1時(shí)速率為v0，方向沿x軸正方向；然后，經(jīng)過(guò)x軸上x(chóng)2h處的P2點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)，并經(jīng)過(guò)y軸上y-2h處的P3點(diǎn).不計(jì)重力.,求:(1)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小. (2)粒子到達(dá)P2時(shí)速度 的大小和方向. (3)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小.,圖9-4-6,帶電質(zhì)點(diǎn)有軌道約束情況下的運(yùn)動(dòng) 如圖9-4-7所示，足夠長(zhǎng)的絕緣光滑斜面與水平面間的夾角為(sin=0.6)，放在水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度E=50V/m，方向水平向左，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外.一個(gè)帶

9、電量q=+4.010-2C，質(zhì)量m=0.40kg的光滑小球，以初速度v0=20m/s從斜面底端沖上斜面，經(jīng)過(guò)3s離開(kāi)斜面，求磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度.(取g=10m/s2),圖9-4-7,由于小球受到的磁場(chǎng)力必定與它的運(yùn)動(dòng)速度方向垂直，由一開(kāi)始小球在斜面上運(yùn)動(dòng)而3秒后離開(kāi)斜面，則可以判定小球初始時(shí)受的磁場(chǎng)力的方向?yàn)榇怪庇谛泵嫦蛳拢?dāng)然，也可以由左手定則直接判斷，也就是說(shuō)，題中如果不給出小球帶的電荷類(lèi)型，也可以判斷出來(lái).小球沿斜面向下的加速度由電場(chǎng)力和重力唯一決定，做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，,即mgsin+Eqcos=ma，解得a=10m/s2 又由v3=v0+at, 經(jīng)過(guò)3秒小球的速度為v3=20m/s-10

10、3m/s =-10m/s, 方向?yàn)檠匦泵嫦蛳?，這時(shí)，小球受的磁場(chǎng)力為沿與斜面垂直方向向上，大小為F1=qv3B，小球剛好離開(kāi)斜面意味著此時(shí)小球剛好受斜面的彈力為0.,于是由沿斜面垂直方向上的受力平衡，不難得出Bqv3+Eqsin=mgcos，解得B=5T. 注意離開(kāi)斜面問(wèn)題.本題由于斜面光滑，因而物體的速度不受洛倫茲力的影響.,變式訓(xùn)練4：如圖948所示，套在很長(zhǎng)的絕緣直棒上的小球，其質(zhì)量為m，帶電量是+q，小球可在棒上滑動(dòng)，將此棒豎直放在互相垂直，且沿水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度是E，磁感應(yīng)強(qiáng)度是B，小球與棒的動(dòng)摩擦因數(shù)為，求小球由靜止沿棒下落的最大加速度和最大速度(設(shè)小球帶電量

11、不變),圖948,解析：此類(lèi)問(wèn)題屬于涉及加速度的力學(xué)問(wèn)題，必定得用牛頓第二定律解決，小球的受力情況如圖所示 由于N=Eq+Bqv，所以F合=mg-N=mg-(Eq+Bqv)可見(jiàn)隨著v增大，F(xiàn)合減小，由牛頓第二定律知，小球做加速度越來(lái)越小的加速運(yùn)動(dòng)直到最后做勻速運(yùn)動(dòng),現(xiàn)代五項(xiàng)電磁技術(shù)的應(yīng)用 一、速度選擇器,9-4-9,1.原理 如圖9-4-9所示，由于所受重力可忽略不計(jì)，運(yùn)動(dòng)方向相同而速率不同的正粒子組成的粒子束射入相互正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)所組成的場(chǎng)區(qū)中，已知電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，方向向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里，若粒子運(yùn)動(dòng)軌跡不發(fā)生偏轉(zhuǎn)(重力不計(jì))，必須滿(mǎn)足平衡條件：qBv=qE

12、，故 ，這樣就把滿(mǎn)足 的粒子從速度選擇器中選擇出來(lái)了.,2.特點(diǎn) (1)速度選擇器只是選擇速度(大小、方向)而不選擇粒子的質(zhì)量和電量，若從右側(cè)入射則不能穿出場(chǎng)區(qū). (2)速度選擇器B、E、v三個(gè)物理量的大小、方向互相約束，以保證粒子受到的電場(chǎng)力和洛倫茲力等大、反向.如圖中只改變磁場(chǎng)B方向，粒子將向下偏轉(zhuǎn).,(3)當(dāng)v 時(shí)，則qBvqE，粒子向上偏轉(zhuǎn); 當(dāng)v時(shí)，則qBvqE，粒子向下偏轉(zhuǎn).,二、質(zhì)譜儀 質(zhì)譜儀是一種測(cè)量帶電粒子質(zhì)量和分離同位素的儀器.如圖9-4-10所示，離子源S產(chǎn)生質(zhì)量為m，帶電量為q的正離子(所受重力不計(jì)).,圖9-4-10,離子出來(lái)時(shí)速度很小(可忽略不計(jì))，經(jīng)過(guò)電壓為U的電

13、場(chǎng)加速后進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)半個(gè)周期到達(dá)照相底片P上，測(cè)得它在P上的位置到入口處的距離為L(zhǎng)， 則：qU= mv2-0 qBv= L=2r 聯(lián)立求解得：m=qB2L2/8U. 因此，只要知道q、B、L與U，就可以計(jì)算出帶電粒子的質(zhì)量m，又因m與L2成正比，不同質(zhì)量的同位素可從離入口的不同處分離出來(lái)，故質(zhì)譜儀又是分離同位素的重要儀器.,三、回旋加速器 如圖9-4-11所示，回旋加速器的核心部分是兩個(gè)D形的金屬盒，兩盒之間留下一條窄縫，在中心附近放有粒子源，D形盒在真空容器中，整個(gè)裝置放在大磁鐵產(chǎn)生的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并把兩個(gè)D形盒分別接在高頻電源的兩極上，,圖9-4-11,其工作原理是： 1.電場(chǎng)加速：qU=Ek 2.磁場(chǎng)約束偏轉(zhuǎn)：qBv= ,r= v 3.加速條件：高頻電源的周期與帶電粒子在D形盒中運(yùn)動(dòng)的周期相同，即T電場(chǎng)=T回旋=2m/qB.,四、磁流體發(fā)電機(jī) 如圖9-4-12所示是磁流體發(fā)電機(jī)，其原理：等離子氣體噴入磁場(chǎng)，正、負(fù)離子在洛倫茲力作用下發(fā)生上下偏轉(zhuǎn)而聚集到A、B板上，產(chǎn)生電勢(shì)差，設(shè)A、B平行金屬板的面積為S，相距為l，噴入氣體速度為v，板間磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，板外電阻為R，當(dāng)?shù)入x子氣體勻速通過(guò)A、B板間時(shí)，A、B板上聚集的電荷最多，板間電勢(shì)差最大，即為電源電動(dòng)勢(shì)，