[政史地]《三维设计》2014新课标高考物理一轮总复习课件 第八章 磁场第3单元 带电粒子在复合场中的运动63ppt.ppt
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1、带电粒子在复合场中的运动,想一想,带电粒子在复合场中什么时候静止或做直线运动?什么时候做匀速圆周运动?,超链接,提示 当带电粒子在复合场中所受合外力为零时,将处于静止状态或做匀速直线运动。 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将做匀速圆周运动。 2复合场中带电粒子在重力、电场力(为恒力时)、洛伦兹力三个力作用下能做匀变速直线运动吗? 提示 不能,因为重力和电场力为恒力,而洛伦兹力随速度的增加而增加,故三力的合力一定发生变化。带电粒子不能做匀变速直线运动。,记一记,1复合场 复合场是指电场、 和重力场并存,或其中某两场并存,或分区
2、域存在。从场的复合形式上一般可分为如下四种情况:相邻场;重叠场;交替场;交变场。 2带电粒子在复合场中的运动分类 (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,将处于静止状态或做 。,磁场,匀速直线运动,(2)匀速圆周运动 当带电粒子所受的重力与电场力大小 ,方向 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 运动。 (3)较复杂的曲线运动 当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化,且与初速度方向不在同一条直线上,粒子做 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
3、化,其运动过程由几种不同的运动阶段组成。,相等,相反,匀速圆周,非匀,试一试 1.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831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 ( ),图831,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 解析:比较Eq与Bqv,因二者开始时方向相反,当二者相等时,A正确;当EqBqv时,向电场力方向偏,当EqBqv时,
4、向洛伦兹力方向偏,B、C正确;有电场力存在,粒子不可能做匀速圆周运动,D错。 答案:ABC,带电粒子在复合场中运动的应用实例,想一想,速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计在正常工作达到稳定后,带电粒子的受力有什么共同特征? 提示 电场力与洛伦兹力受力平衡。,超链接,记一记,匀速直线,qv0B,v0Bd,qvB,试一试 2.为监测某化工厂的污水排放量,技术人 员在该厂的排污管末端安装了如图8 32所示的流量计。该装置由绝缘材 料制成,长、宽、高分别为a、b、c, 左右两端开口。在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场,在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极。污水充满管口从左向右流经该
5、装置时,电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积),下列说法中正确的是 ( ),图832,A若污水中正离子较多,则前表面比后表面电势高 B若污水中负离子较多,则前表面比后表面电势高 C污水中离子浓度越高,电压表的示数将越大 D污水流量Q与U成正比,与a、b无关,答案:D,带电粒子在相邻复合场中的运动,“电偏转”和“磁偏转”的比较,FEqE,FE大小、方向不变,为恒力,FBqv0B大小不变,方向总指向圆心,方向变化,FB为变力,受力,情景图,垂直进入电场(电偏转),垂直进入磁场(磁偏转),垂直进入磁场(磁偏转),垂直进入电场(电偏转),运动规律,运动时间,动能
6、,不变,变化,例1 (2012湖北省部分重点中学联考)如图833所示,真空室内竖直条形区域存在垂直纸面向外的匀强磁场,条形区域(含、区域分界面)存在水平向右的匀强电场,电场强度为E,磁场和电场宽度均为L且足够长,M、N为涂有荧光物质的竖直板。现有一束质子从A处连续不断地射入磁场,入射方向与M板成60夹角且与纸面平行,质子束由两部分组成,一部分为速度大小为v的低速质子,另一部分为速度大小为3v的高速质子,当区中磁场较强时,M板出现两个亮斑,缓慢改变磁场强弱,直至亮斑相继消失为止,此时观察到N板有两个亮斑。已知质子质量为m,电量为e,不计质子重力和相互作用力,求:,图833,(1)此时区的磁感应强
7、度; (2)到达N板下方亮斑的质子在磁场中运动的时间; (3)N板两个亮斑之间的距离。,审题指导 第一步:抓关键点,低速粒子轨迹刚好与两场交界相切,磁场减弱,亮斑消失为止,带电粒子做圆周运动的半径较小未进入右侧电场区域,最后都打到M板上,磁场较强时,出现两个亮斑,带电粒子垂直射入磁场,入射方向与纸面平行,获取信息,关键点,第二步:找突破口 (1)要求区磁感应强度应利用低速粒子运动来求。 (2)到达N板下方质子应为低速粒子。 (3)要求两个亮斑间的距离应根据圆周运动与类平抛运动规律求解。,解决带电粒子在组合场中运动问题的思路方法,带电粒子在叠加复合场的运动,1.是否考虑粒子重力 (1)对于微观粒
8、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场力相比太小,可以忽略;而对于一些实际物体,如带电小球、液滴、尘埃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,按题目要求处理。 (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,要结合运动状态确定是否要考虑重力。,2分析方法 (1)弄清复合场的组成。如磁场、电场的复合,磁场、重力场的复合,磁场、电场、重力场三者的复合等。 (2)正确受力分析,除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静电力和磁场力的分析。 (3)确定带电粒子的运动状态,注意运动情况和受力情况的结合。 (4)对于粒子连续通过几个不同区域、不同种类
9、的场时,要分阶段进行处理。,(5)画出粒子运动轨迹,灵活选择不同的运动规律。 当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时,根据受力平衡列方程求解。 当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时,应用牛顿定律结合圆周运动规律求解。 当带电粒子做复杂曲线运动时,一般用动能定理或能量守恒定律求解。 (6)对于临界问题,注意挖掘隐含条件。,图834,(1)小球带何种电荷? (2)小球在半圆轨道部分克服摩擦力所做的功; (3)小球从F点飞出时磁场同时消失,小球离开F点后的运动轨迹与直线AC(或延长线)的交点为G点(未标出),求G点到D点的距离。,尝试解题 (1)依题意可知小球在CD间做匀速直线运动,在CD段受重力、电
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