時帶電粒子在復(fù)合場中的運動(1)ppt課件

1、第1頁 第1頁 第三課時第三課時 帶電粒子在復(fù)合場中的運動帶電粒子在復(fù)合場中的運動第2頁 第2頁 第一關(guān)第一關(guān):根底關(guān)根底關(guān) 展望高考展望高考第3頁 第3頁 根底知識根底知識一一 速度選擇器速度選擇器知識講解知識講解速度選擇器速度選擇器(如以下圖所示如以下圖所示)第4頁 第4頁 平行板中電場強度平行板中電場強度E和磁感應(yīng)強度和磁感應(yīng)強度B相互垂直相互垂直.這種安裝能這種安裝能把具有一定速度的粒子選擇出來把具有一定速度的粒子選擇出來,所以叫做速度選擇器所以叫做速度選擇器.帶電粒子可以勻速沿直線經(jīng)過速度選擇器的條件是帶電粒子可以勻速沿直線經(jīng)過速度選擇器的條件是Bqv=Eq,即即.EvB第5頁 第5

2、頁 活學(xué)活用活學(xué)活用1.如圖是丈量帶電粒子質(zhì)量儀器的任務(wù)原理表示圖如圖是丈量帶電粒子質(zhì)量儀器的任務(wù)原理表示圖.設(shè)法使某設(shè)法使某有機化合物的氣態(tài)分子導(dǎo)入圖示的容器有機化合物的氣態(tài)分子導(dǎo)入圖示的容器A中中,使它遭到電子使它遭到電子束轟擊束轟擊,失去一個電子成為正一價的分子離子失去一個電子成為正一價的分子離子.分子離子從分子離子從狹縫狹縫S1以很小的速度進入電壓為以很小的速度進入電壓為U的加速電場區(qū)的加速電場區(qū)(初速度不初速度不計計),加速后加速后,再經(jīng)過狹縫再經(jīng)過狹縫S2 S3射入射入 磁感應(yīng)強度為磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場的勻強磁場,方向垂方向垂 直于磁場區(qū)的界面直于磁場區(qū)的界面PQ,最后最后,分

3、子離分子離 子打到感光片上子打到感光片上,構(gòu)成垂直于紙面且構(gòu)成垂直于紙面且 平行于狹縫平行于狹縫S3的細(xì)線的細(xì)線.假設(shè)測得細(xì)線到假設(shè)測得細(xì)線到 狹縫狹縫S3的間隔為的間隔為d,導(dǎo)出分子離子質(zhì)量導(dǎo)出分子離子質(zhì)量m的表達式的表達式.第6頁 第6頁 23:mq,S,1,22qUmvqUvm解析 設(shè)離子的質(zhì)量為 帶電荷量為經(jīng)過加速電場時有則從狹縫射入磁場區(qū)域的速度射入磁場后 受洛倫茲力作用做勻速圓周運動由于垂直于邊界射入 離子恰經(jīng)過半個圓第7頁 第7頁 22222,22,/ 2.8,:,dRmvmvmvqvBRddqd BmU如圖所示 其圓半徑由離子做勻速圓周運動的條件代入式的結(jié)果后 即得離子的質(zhì)量2

4、28:qd BmU答案第8頁 第8頁 二二 磁流體發(fā)電機磁流體發(fā)電機知識講解知識講解如下圖如下圖,由熄滅室由熄滅室O熄滅電離成的正熄滅電離成的正 負(fù)離子負(fù)離子(等離子體等離子體)以高以高速速v噴入偏轉(zhuǎn)磁場噴入偏轉(zhuǎn)磁場B中中.在洛倫茲力作用下在洛倫茲力作用下,正正 負(fù)離子分別負(fù)離子分別向上向上 下極板偏轉(zhuǎn)下極板偏轉(zhuǎn) 積累積累,從而在板間構(gòu)成一個向下的電從而在板間構(gòu)成一個向下的電場場,兩板間構(gòu)成一定的電勢差兩板間構(gòu)成一定的電勢差:當(dāng)當(dāng) 時時,電勢差穩(wěn)電勢差穩(wěn)定為定為U=dvB,這就相當(dāng)于一個可以對外供電的電源這就相當(dāng)于一個可以對外供電的電源.UqvBqd第9頁 第9頁 活學(xué)活用活學(xué)活用2.目前世界

5、上正在研討新型發(fā)電機目前世界上正在研討新型發(fā)電機磁流體發(fā)電機磁流體發(fā)電機,它的原它的原理圖如下圖理圖如下圖,想象在相距為想象在相距為d的兩平行金屬板間加一磁感應(yīng)的兩平行金屬板間加一磁感應(yīng)強度為強度為B的勻強磁場的勻強磁場,兩板通兩板通 過開關(guān)和燈泡相連過開關(guān)和燈泡相連.將氣體加熱到將氣體加熱到 使之高度電離后使之高度電離后,由于正由于正 負(fù)離子負(fù)離子 一樣多一樣多,且?guī)щ姾闪烤鶠榍規(guī)щ姾闪烤鶠閝,因此稱因此稱 為等離子體為等離子體,將其以速度將其以速度v噴入甲噴入甲 乙兩板之間乙兩板之間,這時甲這時甲 乙兩板就會乙兩板就會 聚集電荷聚集電荷,產(chǎn)生電壓產(chǎn)生電壓,這就是磁流體發(fā)電機的原理這就是磁流

6、體發(fā)電機的原理,它可以直它可以直接把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能接把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能,試問試問:第10頁 第10頁 (1) 圖中哪個極板是發(fā)電機的正極圖中哪個極板是發(fā)電機的正極?(2) 發(fā)電機的電動勢多大發(fā)電機的電動勢多大?(3) 設(shè)噴入兩極板間的離子流每立方米有設(shè)噴入兩極板間的離子流每立方米有n個負(fù)電荷個負(fù)電荷,離子離子流的橫截面積為流的橫截面積為S,那么發(fā)電機的最大功率多大那么發(fā)電機的最大功率多大? 第11頁 第11頁 解析解析:(1) 等離子體從左側(cè)射入磁場等離子體從左側(cè)射入磁場,正離子受向上的洛倫茲力正離子受向上的洛倫茲力而偏向甲板而偏向甲板,使甲板上積累正電荷使甲板上積累正電荷,相應(yīng)的乙板上積累負(fù)電

7、荷相應(yīng)的乙板上積累負(fù)電荷,成為電源的正成為電源的正 負(fù)兩極負(fù)兩極.甲板是發(fā)電機的正極甲板是發(fā)電機的正極.(2) 當(dāng)開關(guān)斷開時當(dāng)開關(guān)斷開時,甲甲 乙兩板間的電壓即為電源的電動勢乙兩板間的電壓即為電源的電動勢.穩(wěn)穩(wěn)定時定時,甲甲 乙兩板上積累的電荷不再添加乙兩板上積累的電荷不再添加,此時的等離子體所此時的等離子體所受的洛倫茲力與電場力恰好平衡受的洛倫茲力與電場力恰好平衡,那么有那么有即得電源的電動勢為即得電源的電動勢為U=Bdv.qUqvBd第12頁 第12頁 (3) 理想形狀時理想形狀時,噴入兩極板間的離子流全部流向兩極板噴入兩極板間的離子流全部流向兩極板,這時這時電源到達最大功率電源到達最大功

8、率.此時此時,電路中的最大電流為電路中的最大電流為式中式中N為在為在t時間內(nèi)噴入兩極板間的正時間內(nèi)噴入兩極板間的正 負(fù)離子數(shù)的總和負(fù)離子數(shù)的總和,即即N=2nSvt,那么發(fā)電機的最大功率為那么發(fā)電機的最大功率為Pmax=UImax=2ndqSBv2.答案答案:(1) 甲板甲板 (2) Bdv (3) 2ndqSBv2maxNqIt第13頁 第13頁 三三 電磁流量計電磁流量計知識講解知識講解電磁流量計原理可解釋為電磁流量計原理可解釋為:如下圖如下圖,一圓形導(dǎo)管直徑為一圓形導(dǎo)管直徑為d,用非用非磁性資料制成磁性資料制成,其中有可以導(dǎo)電的液體向左流動其中有可以導(dǎo)電的液體向左流動,導(dǎo)電液體導(dǎo)電液體中

9、的自在電荷中的自在電荷(正正 負(fù)離子負(fù)離子)在洛倫茲力作用下偏轉(zhuǎn)在洛倫茲力作用下偏轉(zhuǎn),a、b間間的電勢差就堅持穩(wěn)定的電勢差就堅持穩(wěn)定,由由 可得可得 流量流量,UqBvqEqd,UvBd2.44UQSvBdddUB第14頁 第14頁 四四 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)知識講解知識講解霍爾效應(yīng)是高中物理重要的探求課題之一霍爾效應(yīng)是高中物理重要的探求課題之一.在勻強磁場中放置在勻強磁場中放置一個矩形截面的載流導(dǎo)體一個矩形截面的載流導(dǎo)體,當(dāng)磁場方向與電流方向垂直時當(dāng)磁場方向與電流方向垂直時,導(dǎo)體在與磁場導(dǎo)體在與磁場 電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢差電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢差.這個景象稱為霍爾效應(yīng)這個景

10、象稱為霍爾效應(yīng).所產(chǎn)生的電勢差稱為霍爾電勢差所產(chǎn)生的電勢差稱為霍爾電勢差或霍爾電壓或霍爾電壓,其原理如下圖其原理如下圖.第15頁 第15頁 第二關(guān)第二關(guān):技法關(guān)技法關(guān) 解讀高考解讀高考第16頁 第16頁 解題技法解題技法一一 帶電體在重力場與磁場的復(fù)合場中的運動帶電體在重力場與磁場的復(fù)合場中的運動技法講解技法講解帶電體在重力場與磁場的復(fù)合場中運動時帶電體在重力場與磁場的復(fù)合場中運動時,假設(shè)只受洛倫茲力假設(shè)只受洛倫茲力與重力與重力,當(dāng)二力平衡時當(dāng)二力平衡時,物體將沿程度方向做勻速直線運動物體將沿程度方向做勻速直線運動,假設(shè)二力不平衡那么物體做普通的曲線運動假設(shè)二力不平衡那么物體做普通的曲線運動,

11、很難從運動很難從運動學(xué)角度來分析學(xué)角度來分析,而從能量的角度來分析就比較簡便而從能量的角度來分析就比較簡便.一定要一定要留意洛倫茲力不做功這一特點留意洛倫茲力不做功這一特點.假設(shè)帶電物體在運動過程假設(shè)帶電物體在運動過程中還受其他物體中還受其他物體(如繩如繩 面或軌道等面或軌道等)的約束的約束,那么應(yīng)結(jié)合施那么應(yīng)結(jié)合施加約束的物體的特點來分析帶電物體的運動加約束的物體的特點來分析帶電物體的運動,一定留意洛一定留意洛倫茲力隨運動形狀的變化而變化倫茲力隨運動形狀的變化而變化.第17頁 第17頁 典例分析典例分析【例【例1】 如下圖如下圖,勻強磁場垂直紙面向里勻強磁場垂直紙面向里,有一足夠長的等腰有一

12、足夠長的等腰三角形絕緣滑槽三角形絕緣滑槽,兩側(cè)斜槽與程度面夾角為兩側(cè)斜槽與程度面夾角為,在斜槽頂點兩在斜槽頂點兩側(cè)各放一個質(zhì)量相等側(cè)各放一個質(zhì)量相等 帶等量負(fù)電荷的小球帶等量負(fù)電荷的小球A和和B,兩小球兩小球與斜槽的動摩擦因數(shù)相等與斜槽的動摩擦因數(shù)相等,且且aBC.兩球沿斜槽都做變加速運動兩球沿斜槽都做變加速運動,且且aAaBD.兩球沿斜槽的最大位移關(guān)系是兩球沿斜槽的最大位移關(guān)系是:sA=sB第19頁 第19頁 解析解析 由靜止下滑后由靜止下滑后,對對A B兩球受力分析兩球受力分析由牛頓第二定律得由牛頓第二定律得:mgsin-(mgcos-qBv)=maAmgsin-(mgcos+qBv)=m

13、aB所以所以A球下滑過程中加速度增大球下滑過程中加速度增大,當(dāng)當(dāng)mgcos=qBv時將脫離斜時將脫離斜面在空中做曲線運動面在空中做曲線運動,B球下滑過程中加速度減小球下滑過程中加速度減小,當(dāng)當(dāng)mgsin=(mgcos+qBv)時時,B球?qū)⒀匦泵鎰蛩傧禄驅(qū)⒀匦泵鎰蛩傧禄?所以選所以選項項C正確正確.答案答案 C第20頁 第20頁 二二 帶電粒子在電場帶電粒子在電場 磁場磁場 重力場并存的復(fù)合場中的運重力場并存的復(fù)合場中的運動動技法講解技法講解1.帶電粒子在復(fù)合場中的直線運動帶電粒子在復(fù)合場中的直線運動帶電粒子在電場帶電粒子在電場 磁場磁場 重力場并存的復(fù)合場中運動時重力場并存的復(fù)合場中運動時,

14、假設(shè)假設(shè)帶電粒子所受合外力為零時帶電粒子所受合外力為零時,所處形狀一定是勻速直線運所處形狀一定是勻速直線運動動.假設(shè)受的合力不為零假設(shè)受的合力不為零,但方向與速度在同不斷線上但方向與速度在同不斷線上,粒子粒子將做勻減速或勻加速直線運動將做勻減速或勻加速直線運動(或作變加速直線運動或作變加速直線運動,假設(shè)假設(shè)有桿或面束縛有桿或面束縛).常見情況如下常見情況如下:第21頁 第21頁 (1)洛倫茲力為零洛倫茲力為零(即即v與與B平行平行),重力與電場力平衡重力與電場力平衡,做勻速直做勻速直線運動線運動;或重力與電場力的合力恒定做勻變速運動或重力與電場力的合力恒定做勻變速運動.(2)洛倫茲力洛倫茲力F

15、與速度與速度v垂直垂直,且與重力和電場力的合力且與重力和電場力的合力(或其中或其中一種力一種力)平衡平衡.做勻速直線運動做勻速直線運動.第22頁 第22頁 2.當(dāng)帶電粒子所受合外力充任向心力當(dāng)帶電粒子所受合外力充任向心力,帶電粒子做勻速圓周運帶電粒子做勻速圓周運動動.由于通常情況下由于通常情況下,重力和電場力為恒力重力和電場力為恒力,故不能充任向心故不能充任向心力力,所以普通情況下是重力恰好與電場力相平衡所以普通情況下是重力恰好與電場力相平衡,洛倫茲力洛倫茲力充任向心力充任向心力.3.當(dāng)帶電微粒所受的合外力不為零當(dāng)帶電微粒所受的合外力不為零,且恒力中的重力且恒力中的重力 電場力電場力的合力做功

16、使速度大小變化時的合力做功使速度大小變化時,帶電微粒所受洛倫茲力變帶電微粒所受洛倫茲力變化化,從而合外力變化從而合外力變化,粒子將做曲線運動粒子將做曲線運動,這時其軌跡既非圓這時其軌跡既非圓弧弧 亦非拋物線亦非拋物線,屬變加速曲線運動屬變加速曲線運動,不能用勻變速運動或不能用勻變速運動或圓周運動等規(guī)律解答有關(guān)問題圓周運動等規(guī)律解答有關(guān)問題,可思索用動量觀念解答或可思索用動量觀念解答或用功能觀念處置用功能觀念處置.第23頁 第23頁 典例分析典例分析【例【例2】 如下圖如下圖,在空間存在著程度方向的勻強磁場和豎直方在空間存在著程度方向的勻強磁場和豎直方向的勻強電場向的勻強電場,電場強度為電場強度

17、為E,磁感應(yīng)強度為磁感應(yīng)強度為B.在某點由靜止在某點由靜止釋放一個帶電液滴釋放一個帶電液滴a,它運動到最低點處它運動到最低點處,恰與一個原來處于恰與一個原來處于靜止的液滴靜止的液滴b相撞相撞,相撞后兩液滴合為一體相撞后兩液滴合為一體,沿程度方向做直沿程度方向做直線運動線運動.知液滴知液滴a質(zhì)量是液滴質(zhì)量是液滴b質(zhì)量的質(zhì)量的2倍倍,液滴液滴a所帶電荷量所帶電荷量是液滴是液滴b所帶電荷量的所帶電荷量的4倍倍.求兩液滴的初始位置之間的高求兩液滴的初始位置之間的高度差度差h(設(shè)設(shè)a、b之間的靜電力可以不計之間的靜電力可以不計).第24頁 第24頁 解析解析 設(shè)設(shè)b液滴的質(zhì)量為液滴的質(zhì)量為m,電荷量為電

18、荷量為q,那么那么a液滴的質(zhì)量為液滴的質(zhì)量為2m,電荷量為電荷量為4q.b液滴原來靜止液滴原來靜止,受重力和電場力處于平衡受重力和電場力處于平衡,由此可知由此可知b液滴帶液滴帶正電荷正電荷,且且mg=Eq.由由a粒子的運動軌跡可知其受的洛倫茲力方向為右上方粒子的運動軌跡可知其受的洛倫茲力方向為右上方,斷定斷定出出a粒子帶負(fù)電荷粒子帶負(fù)電荷.設(shè)設(shè)a原來所在處與原來所在處與b原來所在處的高度為原來所在處的高度為h,a運動到運動到b時的速度為時的速度為v1第25頁 第25頁 12211212222:ab,4qq3q,:2mv(m2m)v,3mg,3Eq,3Bqv .31242026.22633Bv

19、q3E3q3mg.2mghEqhmvvghvvghEhgB由動能定理聯(lián)立得與 相撞后合在一起 電荷量為帶負(fù)電由動量守恒定律得碰后在一起做勻速直線運動 受到重力電場力洛倫茲力由平衡條件聯(lián)立解得2232EhgB答案第26頁 第26頁 三三 帶電體在復(fù)合場中的動態(tài)分析與臨界問題帶電體在復(fù)合場中的動態(tài)分析與臨界問題技法講解技法講解帶電體在電場力帶電體在電場力 磁場力磁場力 重力重力 彈力及摩擦力作用下的運彈力及摩擦力作用下的運動動,廣泛地涉及力學(xué)和電磁學(xué)的根本概念廣泛地涉及力學(xué)和電磁學(xué)的根本概念 規(guī)律和方法規(guī)律和方法,不不僅受力復(fù)雜僅受力復(fù)雜 運動多變運動多變(受力分析與運動分析常結(jié)合在一受力分析與運

20、動分析常結(jié)合在一同同) 綜合性強綜合性強,而且往往與臨界問題和極值問題親密相關(guān)而且往往與臨界問題和極值問題親密相關(guān).第27頁 第27頁 1.處理該類型題方法思緒處理該類型題方法思緒(1)正確進展受力分析正確進展受力分析,除重力除重力 彈力彈力 摩擦力外摩擦力外,要特別留意要特別留意電場力和磁場力的分析電場力和磁場力的分析.(2)正確進展物體的運動情況分析正確進展物體的運動情況分析,找出物體的速度找出物體的速度 位置及變化位置及變化,分清運動過程分清運動過程,假設(shè)出現(xiàn)臨假設(shè)出現(xiàn)臨界形狀界形狀,要分析臨界條件要分析臨界條件.(3)選擇適當(dāng)?shù)囊?guī)律進展求解選擇適當(dāng)?shù)囊?guī)律進展求解.第28頁 第28頁 2

21、.分析臨界問題的常用方法分析臨界問題的常用方法(1)物理分析法物理分析法仔細(xì)分析系統(tǒng)所閱歷的物理過程仔細(xì)分析系統(tǒng)所閱歷的物理過程,找出與臨界形狀相對應(yīng)的臨找出與臨界形狀相對應(yīng)的臨界條件界條件,是解答這類標(biāo)題的關(guān)鍵是解答這類標(biāo)題的關(guān)鍵,尋覓臨界條件尋覓臨界條件,方法之一是方法之一是從最大靜摩擦力從最大靜摩擦力 極限頻率極限頻率 臨界角臨界角 臨界溫度等具有臨臨界溫度等具有臨界含義的物理量及相關(guān)規(guī)律入手界含義的物理量及相關(guān)規(guī)律入手;方法之二是以標(biāo)題表達方法之二是以標(biāo)題表達的一些特殊詞語如的一些特殊詞語如“恰好恰好“剛好剛好“最大最大“最高最高“至少為突破口至少為突破口,發(fā)掘隱含條件發(fā)掘隱含條件,探

22、求臨界位置或形狀探求臨界位置或形狀.第29頁 第29頁 (2)數(shù)學(xué)解析法數(shù)學(xué)解析法許多物理過程許多物理過程,一個物理量隨另一個物理量的變化可用一個二一個物理量隨另一個物理量的變化可用一個二次函數(shù)來表示次函數(shù)來表示,假設(shè)這個函數(shù)存在極值假設(shè)這個函數(shù)存在極值,那么闡明它反映的那么闡明它反映的物理變化存在一個臨界形狀物理變化存在一個臨界形狀,用配方法用配方法 圖像法求解極值圖像法求解極值,就可求得臨界點就可求得臨界點,臨界形狀的各物理量便可一一得出臨界形狀的各物理量便可一一得出.第30頁 第30頁 典例分析典例分析【例【例3】 如下圖如下圖,豎直絕緣桿處于方向彼此垂直豎直絕緣桿處于方向彼此垂直 大小

23、為大小為E B的勻強電的勻強電 磁場中磁場中,一個質(zhì)量為一個質(zhì)量為m 帶正電電荷量為帶正電電荷量為q的的小球小球,從靜止開場沿桿下滑從靜止開場沿桿下滑,且與桿的動摩擦因數(shù)為且與桿的動摩擦因數(shù)為,試求試求:第31頁 第31頁 (1)小球速度為多大時小球速度為多大時,加速度最大加速度最大?最大值是多少最大值是多少?(2)小球下滑的最大速度是多少小球下滑的最大速度是多少?第32頁 第32頁 解析解析 小球開場下滑時小球開場下滑時,在程度方向一直遭到方向相反的電在程度方向一直遭到方向相反的電場力場力qE和洛倫茲力和洛倫茲力qvB的作用的作用,受力分析如下圖受力分析如下圖,第33頁 第33頁 (1)當(dāng)當(dāng)

24、qvBbB.電勢電勢baC.電流增大時電流增大時,|a-b|增大增大D.其他條件不變其他條件不變,將銅板改為將銅板改為NaCl水溶液時水溶液時,電勢情況依然一電勢情況依然一樣樣第39頁 第39頁 解析解析:銅板內(nèi)自在電荷為自在電子銅板內(nèi)自在電荷為自在電子,電流向上電流向上,那么電子流動方那么電子流動方向向下向向下,其所受洛倫茲力的方向向左其所受洛倫茲力的方向向左,那么自在電子將向那么自在電子將向a側(cè)偏側(cè)偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn),a側(cè)積累負(fù)電荷側(cè)積累負(fù)電荷,b側(cè)顯出正電荷從而建立由側(cè)顯出正電荷從而建立由b指向指向a的電場的電場,故故aqE),動能將會增大動能將會增大,速速度將會增大度將會增大,洛倫茲力將會增大洛倫茲力將會增大;由于向下板偏由于向下板偏,電場力做負(fù)電場力做負(fù)功功,其電勢能將會增大其電勢能將會增大.而電場力大小只與場強及小球的帶而電場力大小只與場強及小球的帶電荷量有關(guān)電荷量有關(guān),故錯故錯.答案答案:A第45頁 第45頁 5.如下圖如下圖,直線直線PO與與x軸成軸成45角角,x軸上方有程度向右的勻軸上方有程度向右的勻強電場強電場E1,下方有豎直向下的勻強電場下方有豎直向下的勻強電場E2,知電場強度知電場強度E1=E2=10 N/C,x軸下方還存在著垂直紙面向外的勻強磁場軸下方還存在著垂直紙面向外的勻強磁場,磁場的磁感應(yīng)強度磁場的磁感應(yīng)強度B=10 T