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

第3講帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動一、復(fù)合場與組合場

1.復(fù)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(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(shè)法判斷，假設(shè)重力計或者不計，結(jié)合題給條件得出的結(jié)論假設(shè)與題意相符那么假設(shè)正確，否那么假設(shè)錯誤.二、帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)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(jìn)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(fù)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(yùn)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(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，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(guān).4.磁流體發(fā)電機(jī)(1)磁流體發(fā)電是一項新興技術(shù)，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(jī)____極. 圖8-3-4 (3)磁流體發(fā)電機(jī)兩極板間的距離為l，等離子體速度為v，磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，那么兩極板間能到達(dá)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(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，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)電勢差.當(dāng)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(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場中在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中初速度為零做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動保持靜止初速度垂直場線做勻變速曲線運(yùn)動(類平拋運(yùn)動)做勻速圓周運(yùn)動初速度平行場線做勻變速直線運(yùn)動做勻速直線運(yùn)動特點受恒力作用，做勻變速運(yùn)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(yùn)動⊙重點歸納

1.在勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場中可能的運(yùn)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(jìn)入勻強(qiáng)電場帶電粒子以v⊥B進(jìn)入勻強(qiáng)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(yùn)動情況類平拋運(yùn)動勻速圓周運(yùn)動運(yùn)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(dǎo)體板組成，當(dāng)兩板不帶電時，電子通過兩板之間的時間為t0，當(dāng)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(qiáng)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(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)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(yùn)動，豎直方向上做勻加速直線運(yùn)動，抓住等時性，結(jié)合牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式求出側(cè)向位移.(3)結(jié)合粒子在磁場中運(yùn)動的軌道半徑，通過洛倫茲力提供向心力求出磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小. (3)設(shè)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(yùn)動半徑應(yīng)為

備考策略：粒子垂直電場方向進(jìn)入電場做類平拋運(yùn)動，首先對運(yùn)動進(jìn)行分解，在兩個分運(yùn)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(yùn)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(yùn)動，可以根據(jù)進(jìn)出磁場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(guān)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(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面(xOy平面)向外；在第四象限存在勻強(qiáng)電場，方向沿x軸負(fù)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(jìn)入電場.不計重力，假設(shè)該粒子離開電場時速度方向與y軸負(fù)方向的夾角為θ，求：圖8-3-7(1)電場強(qiáng)度大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的比值.(2)該粒子在電場中運(yùn)動的時間.

解：(1)如圖D48所示，粒子進(jìn)入磁場后做勻速圓周運(yùn)動.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(guān)系可知R0＝d②

設(shè)電場強(qiáng)度大小為E，粒子進(jìn)入電場后沿x軸負(fù)方向的加速度大小為ax，在電場中運(yùn)動的時間為t，離開電場時沿x軸負(fù)方向的速度大小為vx.由牛頓第二定律及運(yùn)動學(xué)公式得Eq＝max③④⑤vx＝axt

由于粒子在電場中做類平拋運(yùn)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(fù)合場中的運(yùn)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(guān)，與豎直高度差有關(guān)，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(yùn)動的電荷才有可能受洛倫茲力作用電場力F＝qE與場強(qiáng)方向非同即反與路徑無關(guān)，與始末位置的電勢差有關(guān)，WAB＝qUAB洛倫茲力f＝qvBsinα垂直于速度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的平面無論帶電粒子做什么運(yùn)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(yùn)動：必然是電場力和重力平衡，而洛倫茲力充當(dāng)向心力.

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

例2：(2016年吉林長春外國語學(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)磁場和勻強(qiáng)電場，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)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(fù)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(jìn)入電場和磁場，恰能做勻速圓周運(yùn)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(qiáng)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(yùn)動，進(jìn)入復(fù)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(yùn)動提供向心力.

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

(2)小球做勻速圓周運(yùn)動，如圖8-3-10所示，設(shè)半徑為R，由幾何關(guān)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(yùn)動的向心力由洛倫茲力提供，設(shè)小球做勻速圓周運(yùn)動的速率為v，那么有②③ 備考策略：處理這類綜合題，應(yīng)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(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場中的根本運(yùn)動，如加速、偏轉(zhuǎn)、勻速圓周運(yùn)動等.(3)通過詳細(xì)地分析帶電體運(yùn)動的全部物理過程，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，那么要全力找出出現(xiàn)此情況的條件.(4)在“力學(xué)問題”中，主要應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律結(jié)合運(yùn)動學(xué)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(dǎo)體板，兩導(dǎo)體板與開關(guān)S和定值電阻R相連.整個管道置于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向沿z軸正方向的勻強(qiáng)磁場中.管道內(nèi)始終充滿電阻率為ρ的導(dǎo)電液體(有大量的正、負(fù)離子)，且開關(guān)閉合前后，液體在管道進(jìn)、出口兩端壓強(qiáng)差的作用下，均以恒定速率v0