高考物理一輪復(fù)習(xí)要點提示 第8講 帶電粒子在復(fù)合場中的運動課件

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1、一、復(fù)合場一、復(fù)合場1定義：定義：復(fù)合場是指電場、磁場、重力場并存，或其中某兩種場并存，或復(fù)合場是指電場、磁場、重力場并存，或其中某兩種場并存，或分區(qū)域存在分區(qū)域存在2三種場的比較三種場的比較3.帶電粒子在復(fù)合場中運動的幾種情況帶電粒子在復(fù)合場中運動的幾種情況(1)當(dāng)帶電粒子所受合力為零時，將處于當(dāng)帶電粒子所受合力為零時，將處于 或或 狀態(tài)狀態(tài)(2)當(dāng)當(dāng) 提供向心力，其余各力的合力為零時，帶電粒子做勻提供向心力，其余各力的合力為零時，帶電粒子做勻速圓周運動速圓周運動(3)當(dāng)帶電粒子所受合力大小與方向均變化時，將做非勻變速曲線運當(dāng)帶電粒子所受合力大小與方向均變化時，將做非勻變速曲線運動這類問題一

2、般只能用能量關(guān)系來處理動這類問題一般只能用能量關(guān)系來處理分析帶電粒子在復(fù)合場中的運動時，必須同時考慮各場的作用，全面分析帶電粒子在復(fù)合場中的運動時，必須同時考慮各場的作用，全面正確地分析帶電粒子的受力和運動特征，尤其是洛倫茲力會隨粒子運正確地分析帶電粒子的受力和運動特征，尤其是洛倫茲力會隨粒子運動狀態(tài)的改變而變化動狀態(tài)的改變而變化靜止靜止勻速直線運動勻速直線運動洛倫茲力洛倫茲力二、帶電粒子在復(fù)合場中運動的典型應(yīng)用二、帶電粒子在復(fù)合場中運動的典型應(yīng)用帶電粒子在復(fù)合場中運動的重要應(yīng)用，包括速度選擇器、回旋加速帶電粒子在復(fù)合場中運動的重要應(yīng)用，包括速度選擇器、回旋加速器、磁流體發(fā)電機、電磁流量計等器

3、、磁流體發(fā)電機、電磁流量計等1速度選擇器速度選擇器(如圖所示如圖所示)(1)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互相互相 這種裝置能把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具有一定速度的粒子選擇出來，所以叫做速度選擇器qEqvB 垂直垂直2回旋加速器回旋加速器(1)基本構(gòu)造：回旋加速器的核心部分是放置在磁基本構(gòu)造：回旋加速器的核心部分是放置在磁場中的兩個場中的兩個D形的金屬扁盒形的金屬扁盒(如圖所示如圖所示)，其基本組成，其基本組成為：為：粒子源粒子源兩個兩個D形金屬盒形金屬盒勻強磁場勻強磁場高高頻電源頻電源粒子引出裝置粒子引出裝置相同相同 3磁流體

4、發(fā)電機磁流體發(fā)電機(1)磁流體發(fā)電是一項新興技術(shù)，它可以把物體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電磁流體發(fā)電是一項新興技術(shù)，它可以把物體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能能(2)根據(jù)左手定則，如圖所示中的根據(jù)左手定則，如圖所示中的B是發(fā)電機是發(fā)電機 (3)磁流體發(fā)電機兩極板間的距離為磁流體發(fā)電機兩極板間的距離為d，等離子體速度為，等離子體速度為v，磁場的磁，磁場的磁感應(yīng)強度為感應(yīng)強度為B，則兩極板間能達到的最大電勢差，則兩極板間能達到的最大電勢差U .正極正極Bvd電場力電場力 洛倫茲力洛倫茲力 同位素同位素 6霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)在勻強磁場中放置一個矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)磁場方向在勻強磁場中放置一個矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)磁場方

5、向與電流方向垂直時，導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)與電流方向垂直時，導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了了 ，這個現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)所產(chǎn)生的電勢差稱為霍爾電勢，這個現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)所產(chǎn)生的電勢差稱為霍爾電勢差，其原理如圖所示差，其原理如圖所示電勢差電勢差1在如圖所示的勻強電場和勻強磁場共存的區(qū)域內(nèi)在如圖所示的勻強電場和勻強磁場共存的區(qū)域內(nèi)(不計重力不計重力)，電子可，電子可能沿水平方向向右做直線運動的是能沿水平方向向右做直線運動的是()解析：解析：若電子水平向右運動，在若電子水平向右運動，在A圖中電場力水平向左，洛倫茲力豎直向圖中電場力水平向左，洛倫茲力豎直向下，故不可能；在下，

6、故不可能；在B圖中，電場力水平向左，洛倫茲力為零，故電子可能水圖中，電場力水平向左，洛倫茲力為零，故電子可能水平向右做勻減速直線運動；在平向右做勻減速直線運動；在C圖中電場力豎直向下，洛倫茲力豎直向下，圖中電場力豎直向下，洛倫茲力豎直向下，電子不可能向右做勻速直線運動；在電子不可能向右做勻速直線運動；在D圖中電場力豎直向上，洛倫茲力豎直圖中電場力豎直向上，洛倫茲力豎直向上，故電子不可能做水平向右的直線運動，因此只有選項向上，故電子不可能做水平向右的直線運動，因此只有選項B正確正確答案：答案：B2.如圖所示，在長方形如圖所示，在長方形abcd區(qū)域內(nèi)有正交的電磁場，區(qū)域內(nèi)有正交的電磁場，abbc/

7、2L，一帶電粒子從一帶電粒子從ad的中點垂直于電場和磁場方向射入，恰沿直線從的中點垂直于電場和磁場方向射入，恰沿直線從bc邊邊的中點的中點P射出，若撤去磁場，則粒子從射出，若撤去磁場，則粒子從c點射出；若撤去電場，則粒子點射出；若撤去電場，則粒子將將(重力不計重力不計)()A從從b點射出點射出B從從b、P間某點射出間某點射出C從從a點射出點射出D從從a、b間某點射出間某點射出答案：答案：C3如圖所示，有一混合正離子束先后通過正交的電場、磁場區(qū)域如圖所示，有一混合正離子束先后通過正交的電場、磁場區(qū)域和勻強磁場區(qū)域和勻強磁場區(qū)域，如果這束正離子流在區(qū)域，如果這束正離子流在區(qū)域中不偏轉(zhuǎn)，進入?yún)^(qū)域中不

8、偏轉(zhuǎn)，進入?yún)^(qū)域后偏轉(zhuǎn)半徑后偏轉(zhuǎn)半徑r相同，則它們一定具有相同的相同，則它們一定具有相同的()A動量動量B質(zhì)量質(zhì)量C電荷量電荷量 D比荷比荷答案：答案：D答案：答案：(1)2.5104T(2)1.1102m55 eV帶電粒子在分離的電場、磁場中的運動帶電粒子在分離的電場、磁場中的運動1帶電粒子在勻強電場、勻強磁場中可能的運動性質(zhì)帶電粒子在勻強電場、勻強磁場中可能的運動性質(zhì)2.“電偏轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)”和和“磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)”的比較的比較(1)“電偏轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)”和和“磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)”分別是利用電場和磁場對分別是利用電場和磁場對(運動運動)電荷電荷的電場力和洛倫茲力的作用控制其運動方向和軌跡的電場力和洛倫茲力的作用控

9、制其運動方向和軌跡(2)兩類運動的受力情況和處理方法差別很大，要首先進行區(qū)別分兩類運動的受力情況和處理方法差別很大，要首先進行區(qū)別分析，再根據(jù)具體情況處理析，再根據(jù)具體情況處理例例1在平面直角坐標在平面直角坐標xOy中，第中，第象限存在沿象限存在沿y軸負方向的勻強軸負方向的勻強電場，第電場，第象限存在垂直于坐標平面向外的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為象限存在垂直于坐標平面向外的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為 B一質(zhì)量為一質(zhì)量為m、電荷量為、電荷量為q的帶正電的粒子從的帶正電的粒子從y軸正半軸上的軸正半軸上的M點以速點以速度度v0垂直于垂直于y軸射入電場，經(jīng)軸射入電場，經(jīng)x軸上的軸上的N點與點與x軸軸 正方向成

10、正方向成60角射入磁場，最后從角射入磁場，最后從y軸負半軸負半 軸上的軸上的P點垂直于點垂直于y軸射出磁場，如圖所示不軸射出磁場，如圖所示不 計粒子重力，求：計粒子重力，求：(1)M、N兩點間的電勢差兩點間的電勢差UMN；(2)粒子在磁場中運動的軌道半徑粒子在磁場中運動的軌道半徑r；(3)粒子從粒子從M點運動到點運動到P點的總時間點的總時間t.思路點撥思路點撥根據(jù)粒子在不同區(qū)域內(nèi)的運動特點和受力特點畫出軌根據(jù)粒子在不同區(qū)域內(nèi)的運動特點和受力特點畫出軌跡，分別利用類平拋和圓周運動的分析方法列方程求解跡，分別利用類平拋和圓周運動的分析方法列方程求解帶電粒子在復(fù)合場中運動的一般思路帶電粒子在復(fù)合場中

11、運動的一般思路 1帶電粒子在復(fù)合場中運動的分析方法和一般思路帶電粒子在復(fù)合場中運動的分析方法和一般思路(1)弄清復(fù)合場的組成一般有磁場、電場的復(fù)合，磁場、重力場的弄清復(fù)合場的組成一般有磁場、電場的復(fù)合，磁場、重力場的 復(fù)合，磁場、電場、重力場三者的復(fù)合復(fù)合，磁場、電場、重力場三者的復(fù)合(2)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 場力的分析場力的分析(3)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(4)對于粒子連續(xù)通過幾個不同情況的場的問題，要分階段進行處理對

12、于粒子連續(xù)通過幾個不同情況的場的問題，要分階段進行處理(5)畫出粒子運動軌跡，靈活選擇不同的運動規(guī)律畫出粒子運動軌跡，靈活選擇不同的運動規(guī)律當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中做勻速直線運動時，根據(jù)受力平衡列方程當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中做勻速直線運動時，根據(jù)受力平衡列方程 求解求解當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中做勻速圓周運動時，應(yīng)用牛頓定律結(jié)合圓當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中做勻速圓周運動時，應(yīng)用牛頓定律結(jié)合圓 周運動規(guī)律求解周運動規(guī)律求解當(dāng)帶電粒子做復(fù)雜曲線運動時，一般用動能定理或能量守恒定律當(dāng)帶電粒子做復(fù)雜曲線運動時，一般用動能定理或能量守恒定律 求解求解對于臨界問題，注意挖掘隱含條件對于臨界問題，注意挖掘隱含條件2復(fù)合場中粒子

13、重力是否考慮的三種情況復(fù)合場中粒子重力是否考慮的三種情況(1)對于微觀粒子，如電子、質(zhì)子、離子等，因為其重力一般情況對于微觀粒子，如電子、質(zhì)子、離子等，因為其重力一般情況下與電場力或磁場力相比太小，可以忽略；而對于一些實際物體，如下與電場力或磁場力相比太小，可以忽略；而對于一些實際物體，如帶電小球、液滴、金屬塊等一般應(yīng)當(dāng)考慮其重力帶電小球、液滴、金屬塊等一般應(yīng)當(dāng)考慮其重力(2)在題目中有明確說明是否要考慮重力的，這種情況比較正規(guī)，在題目中有明確說明是否要考慮重力的，這種情況比較正規(guī)，也比較簡單也比較簡單(3)不能直接判斷是否要考慮重力的，在進行受力分析與運動分析不能直接判斷是否要考慮重力的，在

14、進行受力分析與運動分析時，要由分析結(jié)果確定是否要考慮重力時，要由分析結(jié)果確定是否要考慮重力重力、電場力做功與路徑無關(guān)，洛倫茲力始終和運動方向垂直，永重力、電場力做功與路徑無關(guān)，洛倫茲力始終和運動方向垂直，永不做功，但洛倫茲力要隨帶電粒子運動狀態(tài)的變化而改變不做功，但洛倫茲力要隨帶電粒子運動狀態(tài)的變化而改變例例2如右圖所示，在磁感應(yīng)強度為如右圖所示，在磁感應(yīng)強度為B的水平勻的水平勻 強磁場中，有一足夠長的絕緣細棒強磁場中，有一足夠長的絕緣細棒OO在豎直面內(nèi)在豎直面內(nèi) 垂直于磁場方向放置，細棒與水平面夾角為垂直于磁場方向放置，細棒與水平面夾角為.一質(zhì)一質(zhì) 量為量為m、帶電荷量為、帶電荷量為q的圓環(huán)

15、的圓環(huán)A套在套在OO棒上，圓棒上，圓 環(huán)與棒間的動摩擦因數(shù)為環(huán)與棒間的動摩擦因數(shù)為，且，且0)速度大小1m2qv22m2q2v33m3q3v42m2q3v由以上信息可知，從圖中由以上信息可知，從圖中a、b、c處進入的粒子對應(yīng)表中的編號分處進入的粒子對應(yīng)表中的編號分別為別為()A3、5、4B4、2、5C5、3、2 D2、4、5答案：答案：D解析：解析：洛倫茲力方向始終與小球運動速度方向垂直，不做功，故洛倫茲力方向始終與小球運動速度方向垂直，不做功，故A正正確、確、B錯誤；小球在豎直方向受向上的電場力與向下的重力，二者大小錯誤；小球在豎直方向受向上的電場力與向下的重力，二者大小相等，試管向右勻速運

16、動，小球的水平速度保持不變，則豎直向上的洛相等，試管向右勻速運動，小球的水平速度保持不變，則豎直向上的洛倫茲力分量大小不變，小球豎直向上做勻加速運動，即小球做類平拋運倫茲力分量大小不變，小球豎直向上做勻加速運動，即小球做類平拋運動，故動，故C正確；小球豎直分速度增大，受水平向左的洛倫茲力分量增大，正確；小球豎直分速度增大，受水平向左的洛倫茲力分量增大，為維持試管勻速運動拉力為維持試管勻速運動拉力F應(yīng)逐漸增大，應(yīng)逐漸增大，D正確正確答案：答案：B3(2012年銅陵模擬年銅陵模擬)如圖所示的裝置，左半部分為速度選擇器，右半部分如圖所示的裝置，左半部分為速度選擇器，右半部分為勻強的偏轉(zhuǎn)電場一束同位素

17、離子流從狹縫為勻強的偏轉(zhuǎn)電場一束同位素離子流從狹縫S1射入速度選擇器，能夠沿直射入速度選擇器，能夠沿直線通過速度選擇器并從狹縫線通過速度選擇器并從狹縫S2射出的離子，又沿著與電場垂直的方向，立即射出的離子，又沿著與電場垂直的方向，立即進入場強大小為進入場強大小為E的偏轉(zhuǎn)電場，最后打在照相底片的偏轉(zhuǎn)電場，最后打在照相底片D上已知同位素離子的上已知同位素離子的電荷量為電荷量為q(q0)，速度選擇器內(nèi)部存在著相互垂直的場強大小為，速度選擇器內(nèi)部存在著相互垂直的場強大小為E0的勻強電的勻強電場和磁感應(yīng)強度大小為場和磁感應(yīng)強度大小為B0的勻強磁場，照相底片的勻強磁場，照相底片D與狹縫與狹縫S1、S2的連線平行的連線平行且距離為且距離為L，忽略重力的影響，忽略重力的影響(1)求從狹縫求從狹縫S2射出的離子速度射出的離子速度v0的大??；的大?。?2)若打在照相底片上的離子在偏轉(zhuǎn)電場中沿速度若打在照相底片上的離子在偏轉(zhuǎn)電場中沿速度v0方向飛行的距離為方向飛行的距離為x，求出求出x與離子質(zhì)量與離子質(zhì)量m之間的關(guān)系式之間的關(guān)系式(用用E0、B0、E、q、m、L表示表示)