1、专题专题6 6带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动-2-基础夯实自我诊断一、带电粒子在复合场中的运动1.复合场(1)叠加场:电场、磁场、重力场共存,或其中某两种场共存。(2)组合场:电场与磁场各位于一定的区域内,并不重叠或在同一区域,但电场、磁场一般交替出现。2.带电粒子在复合场中的运动形式(1)静止或匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力为零时,将处于静止状态或匀速直线运动状态。(2)匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小相等,方向相反时,带电粒子在洛伦兹力的作用下,在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动。-3-基础夯实自我诊断(3)较复杂的曲线运动当带电粒子所受合外力
2、的大小和方向均变化,且与初速度方向不在同一直线上,粒子做非匀变速曲线运动,这时粒子运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线。(4)分阶段运动带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域,其运动情况随区域发生变化,其运动过程由几种不同的运动阶段组成。-4-基础夯实自我诊断二、带电粒子在复合场中运动的应用举例1.质谱仪(1)构造:如图所示,质谱仪由粒子源、加速电场、匀强磁场和照相底片组成。(2)原理:粒子由静止在加速电场中被加速,根据动能定理可得关系式qU=mv2。粒子在磁场中受洛伦兹力偏转,做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律得关系式qvB=m 。-5-基础夯实自我诊断由以上两式可得出需要研究的物理量,如粒
3、子轨道半径、粒子质量、比荷。-6-基础夯实自我诊断2.回旋加速器(1)构造:如图所示,D1、D2是半圆形金属盒,D形盒的缝隙处接交流电源,D形盒处于匀强磁场中。(2)原理:交变电流的周期和粒子做圆周运动的周期相等,粒子经电场加速,经磁场回旋,由qvB=,得Ekm=,可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径r决定,与加速电压无关。-7-基础夯实自我诊断3.速度选择器(1)构造:如图所示,平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直,这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来,所以叫速度选择器。(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是Eq=qvB,即v=,速度v与粒子电荷量、电性、质量无
4、关。-8-基础夯实自我诊断4.磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术,它可以把内能直接转化为电能。(2)根据左手定则,如图中的B是发电机正极。(3)磁流体发电机两极板间的距离为l,等离子体速度为v,磁场的磁感应强度为B,则由qE=q =qvB得两极板间能达到的最大电势差U=BLv。-9-基础夯实自我诊断5.电磁流量计工作原理:如图所示,圆形导管直径为d,用非磁性材料制成,导电液体在管中向左流动,导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力的作用下发生偏转,a、b间出现电势差,形成电场,当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时,a、b间的电势差就保持稳定,-10-基础夯实自我诊断6.霍尔效应在
5、匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体,当磁场方向与电流方向垂直时,导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差,这种现象称为霍尔效应,所产生的电势差称为霍尔电势差,其原理如图所示。-11-基础夯实自我诊断7.电视显像管电视显像管是应用电子束磁偏转(选填“电偏转”或“磁偏转”)的原理来工作的,使电子束偏转的磁场(选填“电场”或“磁场”)是由两对偏转线圈产生的。显像管工作时,由阴极发射电子束,利用磁场来使电子束偏转,实现电视技术中的扫描,使整个荧光屏都在发光。-12-基础夯实自我诊断速度选择器、磁流体发电机、霍尔效应和电磁流量计有什么共性的地方?提示速度选择器、磁流体发电机的两极产生稳定电势差
6、时,霍尔效应中霍尔电势差达到稳定时,电磁流量计电势差达到稳定时,其本质都是粒子匀速通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电场力与洛伦兹力平衡。-13-基础夯实自我诊断1.(多选)地球大气层外部有一层复杂的电离层,既分布有地磁场,也分布有电场。假设某时刻在该空间中有一小区域存在如图所示的电场和磁场;电场的方向在纸面内斜向左下方,磁场的方向垂直纸面向里。此时一带电宇宙粒子恰以速度v垂直于电场和磁场射入该区域,不计重力作用,则在该区域中,有关该带电粒子的运动情况可能的是()A.仍做直线运动B.立即向左下方偏转C.立即向右上方偏转D.可能做匀速圆周运动 答案解析解析关闭由于不知粒子的电性和电荷量,故有三种
7、可能情况:qvB=qE,qvBqE或qvBqE,所以选项A、B、C正确。答案解析关闭ABC-14-基础夯实自我诊断2.(多选)磁流体发电是一项新兴技术,它可以把物体的内能直接转化为电能,如图是它的示意图。平行金属板A、B之间有一个很强的磁场,将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量正、负离子)喷入磁场,A、B两板间便产生电压。如果把A、B和用电器连接,A、B就是直流电源的两个电极,设A、B两板间距为d,磁感应强度为B,等离子体以速度v沿垂直于磁场的方向射入A、B两板之间,则下列说法正确的是()A.A是直流电源的正极B.B是直流电源的正极C.电源的电动势为BdvD.电源的电动势为qvB 答案
8、解析解析关闭 答案解析关闭-15-基础夯实自我诊断3.(多选)回旋加速器的原理如图所示,它由两个铜质D形盒D1、D2构成,其间留有空隙,下列说法正确的是()A.离子从电场中获得能量B.离子从磁场中获得能量C.只增大空隙距离可增加离子从回旋加速器中获得的动能D.只增大D形盒的半径可增加离子从回旋加速器中获得的动能 答案解析解析关闭 答案解析关闭-16-基础夯实自我诊断4.(多选)如图所示,空间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电场的方向竖直向下,磁场方向水平(图中垂直纸面向里),一带电油滴P恰好处于静止状态,则下列说法正确的是()A.若撤去电场,P可能做匀加速直线运动B.若撤去磁场,P可能做匀加
9、速直线运动C.若给P一初速度,P可能做匀速直线运动D.若给P一初速度,P可能做顺时针方向的匀速圆周运动 答案解析解析关闭由于P处于静止状态,则P带负电。若撤去电场,P将运动,此时其只受重力和磁场力作用,由于磁场方向与速度垂直,则P必做曲线运动,故选项A错误。若撤去磁场,P受重力和电场力仍处于平衡状态,故选项B错误。若所给P初速度的方向与磁场方向平行,P只受重力和电场力处于平衡状态,做匀速直线运动。若所给P初速度的方向向上且与磁场方向垂直,合力等于洛伦兹力,则做顺时针方向的匀速圆周运动,故选项C、D正确。答案解析关闭CD-17-基础夯实自我诊断5.如图所示,一束粒子(不计重力,初速度可忽略)缓慢
10、通过小孔O1进入极板间电压为U的水平加速电场区域,再通过小孔O2射入相互正交的恒定匀强电场、磁场区域,其中磁场的方向如图所示,磁感应强度大小可根据实际要求调节,收集室的小孔O3与O1、O2在同一条水平线上。则收集室收集到的是()A.具有特定质量和特定比荷的粒子B.具有特定速度和特定比荷的粒子C.具有特定质量和特定速度的粒子D.具有特定动能和特定比荷的粒子 答案解析解析关闭 答案解析关闭-18-考点一考点二考点三考点一考点一 带电粒子在组合场中的运动带电粒子在组合场中的运动(师生共研师生共研)1.是否考虑粒子重力的三种情况(1)对于微观粒子,如电子、质子、离子等,因为其重力一般情况下与电场力或磁
11、场力相比太小,可以忽略;而对于一些宏观物体,如带电小球、液滴、金属块等一般应当考虑其重力。(2)在题目中有明确说明是否要考虑重力的,这种情况比较正规,也比较简单。(3)不能直接判断是否要考虑重力的,在进行受力分析与运动分析时,要由分析结果确定是否要考虑重力。-19-考点一考点二考点三2.“电偏转”和“磁偏转”的比较-20-考点一考点二考点三-21-考点一考点二考点三例1(2016山东日照检测)如图所示,坐标平面第象限内存在大小为E=4105N/C、方向水平向左的匀强电场,在第象限内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。质荷比=410-10kg/C的带正电的粒子,以初速度v0=2107m/s从x轴上的
12、A点垂直x轴射入电场,OA=0.2m,不计粒子的重力。(1)求粒子经过y轴时的位置到原点O的距离。(2)若要使粒子不能进入第象限,求磁感应强度B的取值范围(不考虑粒子第二次进入电场后的运动情况)。-22-考点一考点二考点三解析：(1)设粒子在电场中运动时间为t,粒子经过y轴时的位置与原点O的距离为y,则代入数据解得a=1.01015m/s2,t=2.010-8s,y=0.4m。(2)粒子经过y轴时在电场方向的分速度为:vx=at=2107m/s粒子经过y轴时速度为与y轴正方向夹角大小为。-23-考点一考点二考点三要使粒子不进入第象限,如图所示,此时粒子做圆周运动的半径为R,答案：(1)0.4m
13、(2)B(2+2)10-2T-24-考点一考点二考点三思维点拨(1)带电粒子在第象限内做运动,在第象限内做运动。(2)粒子恰不能进入第象限的条件是运动轨迹与x轴。类平抛匀速圆周相切-25-考点一考点二考点三例2如图所示,在第一象限存在匀强磁场,磁感应强度方向垂直于纸面(xOy平面)向外;在第四象限存在匀强电场,方向沿x轴负向。在y轴正半轴上某点以与x轴正向平行、大小为v0的速度发射出一带正电荷的粒子,该粒子在(d,0)点沿垂直于x轴的方向进入电场。不计重力。若该粒子离开电场时速度方向与y轴负方向的夹角为,求:(1)电场强度大小与磁感应强度大小的比值。(2)该粒子在电场中运动的时间。-26-考点
14、一考点二考点三解析：(1)如图所示,粒子进入磁场后做匀速圆周运动。设磁感应强度的大小为B,粒子质量与所带电荷量分别为m和q,圆周运动的半径为R0。由洛伦兹力公式及牛顿第二定律得由题给条件和几何关系可知R0=d设电场强度大小为E,粒子进入电场后沿x轴负方向的加速度大小为ax,在电场中运动的时间为t,离开电场时沿x轴负方向的速度大小为vx。由牛顿第二定律及运动学公式得Eq=maxvx=axt-27-考点一考点二考点三-28-考点一考点二考点三方法归纳带电粒子在组合场中运动的分析思路及技巧1.基本思路2.解题关键:抓住联系两个场的纽带速度。-29-考点一考点二考点三突破训练突破训练1.如图所示,足够
15、大的平行挡板A1、A2竖直放置,间距6l。两板间存在两个方向相反的匀强磁场区域和,以水平面MN为理想分界面,区的磁感应强度为B0,方向垂直纸面向外。A1、A2上各有位置正对的小孔S1、S2,两孔与分界面MN的距离均为l。质量为m、电荷量为+q的粒子经宽度为d的匀强电场由静止加速后,沿水平方向从S1进入区,并直接偏转到MN上的P点,再进入区,P点与A1板的距离是l的k倍,不计重力,碰到挡板的粒子不予考虑。-30-考点一考点二考点三(1)若k=1,求匀强电场的电场强度E。(2)若2k3,且粒子沿水平方向从S2射出,求出粒子在磁场中的速度大小v与k的关系式和区的磁感应强度B与k的关系式。解析：(1)
16、若k=1,则有MP=l,粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,根据几何关系,该情况粒子的轨迹半径R1=l粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律知-31-考点一考点二考点三(2)因为2k0表示电场方向竖直向上。t=0时,一带正电、质量为m的微粒从左边界上的N1点以水平速度v射入该区域,沿直线运动到Q点后,做一次完整的圆周运动,再沿直线运动到右边界上的N2点。Q为线段N1N2的中点,重力加速度为g。上述d、E0、m、v、g为已知量。-59-方法概述典例示范以题说法类题过关(1)求微粒所带电荷量q和磁感应强度B的大小。(2)求电场变化的周期T。(3)改变宽度d,使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度
17、的区域,求T的最小值。解析：(1)微粒做直线运动,则mg+qE0=qvB微粒做圆周运动,则mg=qE0(2)设微粒从N1运动到Q的时间为t1,做圆周运动的周期为t2,-60-方法概述典例示范以题说法类题过关2R=vt2 编后语 听课不仅要动脑，还要动口。这样，上课就能够主动接受和吸收知识，把被动的听课变成了一种积极、互动的活动。这对提高我们的学习积极性和口头表达能力，以及考试时回答主观题很有帮助的。实践证明，凡积极举手发言的学生，学习进步特别快。上课的动口，主要有以下几个方式：第一，复述。课本上和老师讲的内容，有些往往非常专业和生硬，不好理解和记忆，我们听课时要试着用自己的话把这些知识说一说。
18、有时用自己的话可能要啰嗦一些，那不要紧，只要明白即可。第二，朗读。老师要求大家朗读课文、单词时一定要出声地读出来。第三，提问。听课时，对经过自己思考过但未听懂的问题可以及时举手请教，对老师的讲解，同学的回答，有不同看法的，也可以提出疑问。这种方法也可以保证自己集中注意力。第四，回答问题。上课时积极回答问题是吸收知识的有效途径。课堂上回答问题要主动大胆。回答时要先想一想“老师提的是什么问题?”，“它和学过的内容有什么联系？”，并先在头脑中理一理思路，想好回答时，先答什么，后答什么。老师对你的回答做出点评和讲解，指出大家都应该注意的问题和标准答案时你一定要仔细听讲，从中发现哪些是应当记住和掌握的。2022-9-28最新中小学教学课件612022-9-28最新中小学教学课件62谢谢欣赏！
