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迎战高考物理一轮复习-专题-带电粒子在复合场中的运动.pptx
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1、2024/8/11 周日2024/8/11 周日2带电粒子在复合场中的运动状态带电粒子在复合场中的运动状态(1)当带电粒子所受合外力为零时,将在复合场中静止或当带电粒子所受合外力为零时,将在复合场中静止或做做 运动运动(2)由洛伦兹力提供向心力,带电粒子做匀速圆周运动由洛伦兹力提供向心力,带电粒子做匀速圆周运动一、带电粒子在复合场中的运动一、带电粒子在复合场中的运动1复合场:复合场:、和重力场并存或两种场并存,或和重力场并存或两种场并存,或分区域存在粒子在复合场中运动时,要考虑分区域存在粒子在复合场中运动时,要考虑 、的作用,有时也要考虑重力的作用的作用,有时也要考虑重力的作用电场电场磁场磁场
2、电场力电场力磁场力磁场力匀速直线匀速直线2024/8/11 周日 研究带电粒子在复合场中的运动时,要明确各种不同研究带电粒子在复合场中的运动时,要明确各种不同力的性质、特点,正确画出其运动轨迹,选择恰当的规律力的性质、特点,正确画出其运动轨迹,选择恰当的规律求解求解2024/8/11 周日二、复合场应用实例二、复合场应用实例1速度选择器速度选择器如图如图831所示,所受重力可所示,所受重力可忽略不计的带电粒子垂直射入忽略不计的带电粒子垂直射入正交的匀强电场和匀强磁场的正交的匀强电场和匀强磁场的复合场空间,所受电场力和洛复合场空间,所受电场力和洛伦兹力方向相反,大小相等伦兹力方向相反,大小相等即
3、即EqBqv,所以,所以v 凡是符合凡是符合式的粒子能顺利通过场区从式的粒子能顺利通过场区从O2孔射出,凡孔射出,凡是不符合是不符合式的粒子均不能从式的粒子均不能从O2孔射出孔射出图图8312024/8/11 周日2磁流体发电机磁流体发电机如图如图832所示,等离子喷入磁场区域,磁场区域所示,等离子喷入磁场区域,磁场区域中有两块金属板中有两块金属板a和和b,正、负离子在洛伦兹力作用下,正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到发生上下偏转而聚集到a、b板产生电势差最大电势板产生电势差最大电势差可达差可达 (B为磁感应强度,为磁感应强度,d为两板间距,为两板间距,v为喷射为喷射速度速度)Bd
4、v2024/8/11 周日2024/8/11 周日3.电磁流量计电磁流量计如图如图833所示:所示:(1)用途:电磁流量计是用来测定导用途:电磁流量计是用来测定导 电液体在导管中流动时流量的仪器电液体在导管中流动时流量的仪器.(2)原理:设导管的直径为原理:设导管的直径为d,用非,用非 磁性材料制成,磁感应强度为磁性材料制成,磁感应强度为B,a、b间电势差为间电势差为U,则流量,则流量Q Sv .2024/8/11 周日4.霍尔效应霍尔效应 在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体,当在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体,当 与电流方向垂直时,导体在与磁场、电流方向都垂直与电流方向垂直时,导体
5、在与磁场、电流方向都垂直 的方向上出现了的方向上出现了 ,这个现象称为霍尔效应,这个现象称为霍尔效应.所产生所产生 的电势差称为霍尔电势差,其原理如图的电势差称为霍尔电势差,其原理如图834所示所示.磁场方磁场方 向向电势差电势差2024/8/11 周日1三种场的特点比较三种场的特点比较力的特点力的特点功和能的特点功和能的特点重力场重力场大小大小Gmg方向竖直向下方向竖直向下重力做功和路径无关重力做功和路径无关重力做功改变物体的重重力做功改变物体的重力势能,且力势能,且WGEp减少减少2024/8/11 周日力的特点力的特点功和能的特点功和能的特点静电静电场场大小:大小:FqE方向:正电荷受力
6、方向与方向:正电荷受力方向与该点电场强度的方向相同该点电场强度的方向相同(或负电荷受力的方向与该或负电荷受力的方向与该点电场强度的方向相反点电场强度的方向相反)电场力做功与路径电场力做功与路径无关无关电场力做功改变物电场力做功改变物体的电势能,且体的电势能,且W电电Ep减少减少磁场磁场大小:大小:FqvB方向:垂直于方向:垂直于v和和B决定的决定的平面平面洛伦兹力不做功洛伦兹力不做功2024/8/11 周日2带电粒子在电场或磁场中的偏转带电粒子在电场或磁场中的偏转(1)两种场中带电粒子偏转的特征两种场中带电粒子偏转的特征分类分类项目项目匀强电场中偏转匀强电场中偏转匀强磁场中偏转匀强磁场中偏转偏
7、转偏转产生条件产生条件带电粒子以速度带电粒子以速度v0垂垂直射入匀强电场直射入匀强电场带电粒子以速度带电粒子以速度v0垂垂直射入匀强磁场直射入匀强磁场受力特征受力特征FqE(恒力恒力)Fqv0B(变变力力)运动性质运动性质匀变速曲线运动匀变速曲线运动匀速圆周运动匀速圆周运动2024/8/11 周日分类分类项目项目匀强电场中偏转匀强电场中偏转匀强磁场中偏转匀强磁场中偏转轨迹轨迹抛物线抛物线圆或圆弧圆或圆弧处理方法处理方法运动的合成与分解运动的合成与分解匀速圆周运动知识匀速圆周运动知识运动规律运动规律vxv0vyxv0ty R T2024/8/11 周日(2)带电粒子在两种场中偏转时处理方法对比带
8、电粒子在两种场中偏转时处理方法对比2024/8/11 周日1如图如图835所示,水平放置的两块长直平行金属板所示,水平放置的两块长直平行金属板a、b相距相距d0.10 m,a、b间的电场强度为间的电场强度为E5.0105 N/C,b板下方整个空间存在着磁感应强度大小为板下方整个空间存在着磁感应强度大小为B6.0 T、方向垂直于纸面向里的匀强磁场今有一质量为、方向垂直于纸面向里的匀强磁场今有一质量为m4.81025 kg、电荷量为、电荷量为q1.61018 C的带正电的粒子的带正电的粒子(不计重力不计重力),从贴近,从贴近a板的左端以板的左端以v01.0106 m/s的初速度水平射入匀强电场,刚
9、好从狭缝的初速度水平射入匀强电场,刚好从狭缝P处穿过处穿过b板而垂板而垂直进入匀强磁场,最后粒子回到直进入匀强磁场,最后粒子回到b板的板的Q处处(图中未画出图中未画出)不计不计板板a、b的厚度,求的厚度,求P、Q之间的距离之间的距离L.2024/8/11 周日图图8352024/8/11 周日解析:解析:粒子从粒子从a板左端运动到板左端运动到P处,由动能定理得处,由动能定理得qEd mv2 mv02代入数据,解得代入数据,解得v 106 m/scos ,代入数据解得代入数据解得302024/8/11 周日粒子在磁场中做匀速圆周运动,圆心为粒子在磁场中做匀速圆周运动,圆心为O,半径为,半径为r,
10、如图,如图所示,由几何关系得所示,由几何关系得 rsin30又又qvBm联立以上各式,求得联立以上各式,求得L代入数据,解得代入数据,解得L5.8 cm.答案:答案:5.8 cm2024/8/11 周日1常见运动形式的分析常见运动形式的分析(1)带电粒子在复合场中做匀速圆周运动带电粒子在复合场中做匀速圆周运动带电粒子进入匀强电场、匀强磁场和重力场共同存在的带电粒子进入匀强电场、匀强磁场和重力场共同存在的复合场中,重力和电场力等大反向,两个力的合力为零,复合场中,重力和电场力等大反向,两个力的合力为零,粒子运动方向和磁场方向垂直时,带电粒子在洛伦兹力粒子运动方向和磁场方向垂直时,带电粒子在洛伦兹
11、力的作用下做匀速圆周运动的作用下做匀速圆周运动2024/8/11 周日(2)带电粒子在匀强电场、匀强磁场和重力场中的直线运动带电粒子在匀强电场、匀强磁场和重力场中的直线运动自由的带电粒子自由的带电粒子(无轨道约束无轨道约束),在匀强电场、匀强磁场和,在匀强电场、匀强磁场和重力场中的直线运动应该是匀速直线运动,这是因为电重力场中的直线运动应该是匀速直线运动,这是因为电场力和重力都是恒力,若它们的合力不与洛伦兹力平衡,场力和重力都是恒力,若它们的合力不与洛伦兹力平衡,则带电粒子速度的大小和方向都会改变,就不可能做直则带电粒子速度的大小和方向都会改变,就不可能做直线运动线运动(粒子沿磁场方向运动除外
12、粒子沿磁场方向运动除外)2024/8/11 周日2带电粒子在复合场中运动的处理方法带电粒子在复合场中运动的处理方法(1)搞清楚复合场的组成一般是磁场、电场的复合;磁场、搞清楚复合场的组成一般是磁场、电场的复合;磁场、重力场的复合;磁场、重力场、电场的复合;电场和磁场重力场的复合;磁场、重力场、电场的复合;电场和磁场分区域存在分区域存在(2)正确进行受力分析除重力、弹力、摩擦力外还要特别正确进行受力分析除重力、弹力、摩擦力外还要特别关注电场力和磁场力的分析关注电场力和磁场力的分析2024/8/11 周日(3)确定带电粒子的运动状态注意将运动情况和受力情况结确定带电粒子的运动状态注意将运动情况和受
13、力情况结合进行分析合进行分析(4)对于粒子连续经过几个不同场的情况,要分段进行分析、对于粒子连续经过几个不同场的情况,要分段进行分析、处理处理(5)画出粒子的运动轨迹,灵活选择不同的运动规律画出粒子的运动轨迹,灵活选择不同的运动规律2024/8/11 周日1当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时,根据受力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平衡列方程求解2带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时,应用牛顿运带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时,应用牛顿运动定律结合圆周运动知识进行求解动定律结合圆周运动知识进行求解3当带电粒子做复杂的曲线运动时,一般用功能关系进当带电粒子做复杂的曲
14、线运动时,一般用功能关系进行求解行求解2024/8/11 周日2(2009北京高考北京高考)如图如图836所示所示的虚线区域内,充满垂直于纸面的虚线区域内,充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场一带电粒子强电场一带电粒子a(不计重力不计重力)以一定的初速度由左边界的以一定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域,点射入磁场、电场区域,恰好沿直线由区域右边界的恰好沿直线由区域右边界的O点点(图中未标出图中未标出)穿出穿出图图8362024/8/11 周日若撤去该区域内的磁场而保留电场不变,另一个同样的粒子若撤去该区域内的磁场而保留电场不变,另一个同样的粒子b
15、(不计重力不计重力)仍以相同初速度由仍以相同初速度由O点射入,从区域右边界穿出,点射入,从区域右边界穿出,则粒子则粒子b ()A穿出位置一定在穿出位置一定在O点下方点下方B穿出位置一定在穿出位置一定在O点上方点上方C运动时,在电场中的电势能一定减小运动时,在电场中的电势能一定减小D在电场中运动时,动能一定减小在电场中运动时,动能一定减小2024/8/11 周日解析:解析:由左手定则判定带电粒子由左手定则判定带电粒子a所受洛伦兹力的方向,可所受洛伦兹力的方向,可知最初时刻粒子所受洛伦兹力与电场力方向相反,若知最初时刻粒子所受洛伦兹力与电场力方向相反,若qEqvB,则洛伦兹力将随着粒子速度方向和大
16、小的不断改,则洛伦兹力将随着粒子速度方向和大小的不断改变而改变粒子所受电场力变而改变粒子所受电场力qE和洛伦兹力和洛伦兹力qvB的合力不可能的合力不可能与速度方向在同一直线上,既然在复合场中粒子做直线运与速度方向在同一直线上,既然在复合场中粒子做直线运动,说明动,说明qEqvB,OO连线与电场线垂直,当撤去磁场时,连线与电场线垂直,当撤去磁场时,粒子仅受粒子仅受电场力,做类平抛运动,电场力一定做正功,电势能电场力,做类平抛运动,电场力一定做正功,电势能减少,动能增加,故减少,动能增加,故C对,对,D错因带电粒子的错因带电粒子的2024/8/11 周日速度速度v 时粒子就能在原电、磁场中做直线运
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