專題八_帶電粒子在復合場中的運動.ppt

1、1復合場與組合場 (1)復合場：電場、磁場、重力場共存，或其中某兩場共存 (2)組合場：電場與磁場各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊，或在同一區(qū)域，電場、磁場分時間段或分區(qū)域交替出現(xiàn),專題帶電粒子在復合場中的運動,2三種場的比較,熱點題型一帶電粒子在組合場中的運動問題,1.能夠正確對疊加場中的帶電粒子從受力、運動、能量三個方面進行分析 2能夠合理選擇力學規(guī)律(牛頓運動定律、運動學規(guī)律、動能定理、能量守恒定律等)對粒子運動進行研究 3.特別注意(1)多過程現(xiàn)象中的“子過程”與“子過程”的銜接點一定要把握“銜接點”處速度的連續(xù)性 (2)圓周與圓周運動的銜接點一要注意在“銜接點”處兩圓有公切線，它們的半徑

2、在同一直線上,【例1】 如圖1所示的平面直角坐標系xOy， 在第象限內(nèi)有平行于y軸的勻強電場， 方向沿y軸正方向；在第象限的正三 角形abc區(qū)域內(nèi)有勻強磁場，方向垂直 于xOy平面向里，正三角形邊長為L，且ab邊與y軸平行一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，從y軸上的P(0，h)點，以大小為v0的速度沿x軸正方向射入電場，通過電場后從x軸上的a(2h,0)點進入第象限，又經(jīng)過磁場從y軸上的某點進入第象限，且速度與y軸負方向成45角，不計粒子所受的重力求：(1)電場強度E大??；,(2)粒子到達a點時速度的大小和方向； (3)abc區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應強度B的最小值,例2.如圖，在第一象限和第三象限存在場

3、強均為E的勻 強電場，其中第一象限電場沿x軸正方向、第三象限電場 沿y軸負方向。第二和第四象限存在著磁感應強度均為B 的勻強磁場，磁場方向均垂直紙向里。有一電子從y軸的 P點以垂直于y軸的初速度v0進入第三象限，第一次到達x 軸上時速度方向與x軸負方向的夾角為45o，第一次進入第 一象限時，與y軸負方向的夾角也為45o，經(jīng)過一段時間電 子又回到了P點，進行周期性運動。 電子電量為e，質(zhì)量為m，不計重力 求(1)P點距原點O的距離；,(2)粒子第一次到達x軸上C點與第一次進入第一象限D(zhuǎn)點之間的距離； (3)電子從P點出發(fā)到第一次回到P點所用的時間,例3、如圖所示，真空中分布著有界的勻強電場和兩個

4、均垂直于紙面，但方向相反的勻強磁場，電場的寬度為L，電場強度為E，磁場的磁感應強度都為B，且右邊磁場范圍足夠大一帶正電粒子質(zhì)量為m，電荷量為q，從A點由靜止釋放經(jīng)電場加速后進入磁場，穿過中間磁場進入右邊磁場后能按某一路徑再返回A點而重復上述過程，不計粒子重力，求： （1）粒子進入磁場的速率v； （2）中間磁場的寬度d （3）求粒子從A點出發(fā)到第 一次回到A點所經(jīng)歷的時間t。,反思總結(jié) 求解帶電粒子在組合復合場中運動問題的分析方法 (1)正確受力分析，除重力、彈力、摩擦力外要特別注意靜電力和磁場力的分析 (2)確定帶電粒子的運動狀態(tài)，注意運動情況和受力情況的結(jié)合 (3)對于粒子連續(xù)通過幾個不同區(qū)

5、域、不同種類的場時，要分階段進行處理 (4)畫出粒子運動軌跡，靈活選擇不同的運動規(guī)律,1帶電體在復合場中運動的分類 (1)磁場力、重力并存 若重力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運動 若重力和洛倫茲力不平衡，則帶電體將做復雜的曲線運動，因洛倫茲力不做功，故機械能守恒,題型二帶電粒子在疊加場中的運動問題,(3)電場力、磁場力、重力并存 若三力平衡，帶電體做勻速直線運動 若重力與電場力平衡，帶電體做勻速圓周運動 若合力不為零，帶電體可能做復雜的曲線運動，可用能量守恒定律或動能定理求解.,(2)電場力、磁場力并存(不計重力的微觀粒子) 若電場力和洛倫茲力平衡，帶電體做勻速直線運動 若電場力和洛倫茲

6、力不平衡，則帶電體做復雜的曲線運動，可用動能定理求解,2.帶電粒子在復合場中運動的分析方法,例1某帶電粒子從圖中速度選擇器左端由中點O以垂直于電場和磁場的速度v0向右射去，從右端中心a下方的b點以速度v1射出；若增大磁感應強度B，該粒子將打到a點上方的c點，且有ac=ab，則該粒子帶_電；第二次射出時的速度為_。,拓展：如圖所示為阿爾法磁譜儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，它曾由航天飛機攜帶升空，安裝在阿爾法空間站中，用來探測宇宙射線現(xiàn)假設一束由兩種不同粒子組成的宇宙射線，恰好沿直線OO通過正交的電場 和磁場區(qū)域后進入勻強磁場B2，形成兩 條徑跡，則下列說法中正確的（） A粒子1進入磁場B2的速度小于粒子2

7、的速度 B粒子1進入磁場B2的速度等于粒子2的速度 C粒子1的比荷大于粒子2的比荷 D粒子1的比荷小于粒子2的比荷,例2質(zhì)量為 m 帶電量為 q 的小球套在豎直放置的絕緣桿上，球與桿間的動摩擦因數(shù)為。勻強電場和勻強磁場的方向如圖所示，電場強度為 E，磁感應強度為 B。小球由靜止釋放后沿桿下滑。設桿足夠長，電場和磁場也足夠大， 求運動過程中小球的最大加速度和最大速度。,最大加速度為 g，此時有：qvB=qE，N=0，f=0,當摩擦力和重力大小相等時，小球速度達到最大,拓展：若將磁場反向，其余條件不變。最大加速度和最大速度又各是多少？何時出現(xiàn)？,開始的加速度最大為,摩擦力等于重力時速度最大，為,負

8、電，,帶電微粒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 ！,逆時針，,v = qBr/m = gBr/E,【例4】如圖所示，帶電平行板中勻強電場豎直向上，勻強磁場方向垂直紙面向里，某帶電小球從光滑絕緣軌道上的a點自由滑下，經(jīng)過軌道端點P進入板間后恰好沿水平方向做直線運動，現(xiàn)使小球從稍低些的b點開始自由滑下，在經(jīng)P點進入板間的運動過程中( ) A、其動能將會增大 B、其電勢能將會增大 C、小球所受的洛倫茲力將會增大 D、小球所受的電場力將會增大,ABC,從靜止開始自a沿曲線acb運動到b點時，速度為零，c是軌跡的最低點。以下說法中正確的是 () A液滴帶負電

9、 B液滴在C點動能最大 C液滴運動過程中機械能守恒 D液滴在C點機械能最大,2如圖所示，某空間存在正交的勻強磁場和勻強電場，電場方向水平向右，磁場方向垂直紙面向里，一帶電微粒由a點進入電磁場并剛好能沿ab直線向上運動，下列說法正確的是 ( ) A微粒一定帶負電 B微粒動能一定減小 C微粒的電勢能一定增加 D微粒的機械能一定增加,5：如圖所示，在豎直平面xOy內(nèi)，y軸左側(cè)有一水平向右的電場強度為E1的勻強電場和磁感應強度為B1的勻強磁場，y軸右側(cè)有一豎直向上的電場強度為E2的勻強電場，第一象限內(nèi)有一勻強磁場，一帶電荷量為q、質(zhì)量為m的粒子從x軸上的A點以初速度v與水平方向成30沿直線運動到y(tǒng)軸上

10、的P點，OPd.粒子進入y軸右側(cè)后在豎直面內(nèi)做勻速圓周運動，然后垂直x軸沿半徑方向從M點進入第四象限內(nèi)、 半徑為d的圓形磁場區(qū)域，粒子在 圓形磁場中偏轉(zhuǎn)60后從N點射出磁場，,(1)電場強度E1與E2大小之比； (2)第一象限內(nèi)磁場的磁感應強度B的大小和方向； (3)粒子從A到N運動的時間,圖4,若vE/B，則向上偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)過程速率減小；,若vE/B，則向下偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)過程速率增大。,帶電粒子必須以唯一確定的速度（v=E/B 、方向向右）才能沿直線勻速通過速度選擇器。否則將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。,例7磁流體發(fā)電機原理如圖。相距為 d 的極板A、B間有高速等離子體噴射，兩極板間有如圖方向的勻強磁場。該發(fā)電機哪

11、個極板為正極？兩板間最大電壓為多少？,B為正極板,即磁流體發(fā)電機的電動勢,注意：電流方向相同時，正、負離子在同一個磁場中所受洛倫茲力的方向相同，偏轉(zhuǎn)方向相同。,六、質(zhì)譜儀 加速器,1質(zhì)譜儀?？梢杂脕頊y定帶電粒子的荷質(zhì)比。也可以在已知電量的情況下測定粒子質(zhì)量。,熱點題型三帶電粒子在交變復合場中的運動 【典例3】 如圖5甲所示，寬度為d的豎直狹長區(qū)域內(nèi)(邊界為L1、L2)，存在垂直紙面向里的勻強磁場和豎直方向上的周期性變化的電場(如圖乙所示)，電場強度的大小為E0，E0表示電場方向豎直向上t0時，一帶正電、質(zhì)量為m的微粒從左邊界上的N1點以水平速度v射入該區(qū)域，沿直線運動到Q點后，做一次完整的圓周

12、運動，再沿直線運動到右邊界上的N2點Q為線段N1N2的中點，重力加速度為g.上述d、E0、m、v、g為已知量,(1)求微粒所帶電荷量q和磁感應強度B的大??； (2)求電場變化的周期T； (3)改變寬度d，使微粒仍能按上述運動過程通過相應寬度的區(qū)域，求T的最小值,圖5,反思總結(jié) 本題涉及交變電場，要使電場反向前后出現(xiàn)直線運動和圓周運動，則勻速圓周運動時重力mg與電場力E0q平衡，做直線運動時必有mgE0qqvB.結(jié)合運動分析受力是解題的關(guān)鍵,即學即練3 如圖6甲所示，在以O為坐標原點的xOy平面內(nèi)，存在著范圍足夠大的電場和磁場一個質(zhì)量m2102kg，帶電荷量q5103C的小球在0時刻以v040

13、m/s的速度從O點沿x方向(水平向右)射入該空間，在該空間同時加上如圖乙所示的電場和磁場，其中電場沿 y方向(豎直向上)，場強大小E040 V/m.磁場垂直于xOy平面向外，磁感應強度大小B04 T取當?shù)氐闹亓铀俣萭10 m/s2，計算結(jié)果中可以保留根式或.,(1)求12 s末小球速度的大小 (2)在給定的xOy坐標系中，大致畫出小球在24 s內(nèi)的運動軌跡示意圖 (3)求26 s末小球的位置坐標,圖6,附：對應高考題組 1(2012海南卷，2)如圖所示，在兩水 平極板間存在勻強電場和勻強磁場， 電場方向豎直向下，磁場方向垂直于 紙面向里一帶電粒子以某一速度沿水平直線通過兩極板若不計重力，下列

14、四個物理量中哪一個改變時，粒子運動軌跡不會改變 (),A粒子速度的大小 B粒子所帶的電荷量 C電場強度 D磁感應強度 解析粒子以某一速度沿水平直線通過兩極板，其受力平衡有EqBqv，則知當粒子所帶的電荷量改變時，粒子所受的合力仍為0，運動軌跡不會改變，故B項正確 答案B,2(2012課標全國卷，25)如圖所示，一半徑為R的圓表示一柱形區(qū)域的橫截面(紙面)在柱形區(qū)域內(nèi)加一方向垂直于紙面的勻強磁場，一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子沿圖中直線在圓上的a點射入柱形區(qū)域，在圓上的b點離開該區(qū)域，離開時速度方向與直線垂直,求：(1)電場強度E的大?。?(2)磁感應強度B的大??； (3)速率為v0(1)的顆粒打在收集板上的