2014带电粒子在复合场中的运动(预习提纲)解析

1、按力市第一jj 物理学科 高三年级 日期：2013/11/262013/11/26 珍爱生命 拒绝平庸全力以赴追求卓越 1 课题：带电粒子在复合场中的运动 主备人：李锋备课组长：李锋姓名： 班级： 【导学目标1、掌握带电粒子在复合场中的运动的解题方法。 2 、会解决带电粒子在复合场中的运动的实例。 知识点一：带电粒子在复合场中的运动 基础导引 1. 复合场 复合场是指 电场、 磁场 和 重力场 并存，或其中两场并存，或分区域存在, 分析方法和力学问题的分析方法基本相同，不同之处是多了电场力和磁场力，分析方法除了 力学三大观点(动力学、动量、能量)外，还应注意： (1) 洛伦兹力永不做功. (2

2、) 重力 和 电场力 做功与路径 无关，只由初末位置决定.还有因洛伦兹力随 速度而变化，洛伦兹力的变化导致粒子所受 合力 变化，从而加速度变化，使粒子做 变 加速 运动. 2. 带电粒子在复合场中无约束情况下的运动性质 (1) 当带电粒子所受合外力为零时，将 做匀速直线运动 或处于 静止，合外力恒 定且与初速度同向时做匀变速直线运动，常见情况有： 洛伦兹力为零(v 与 B 平行)，重力与电场力平衡，做匀速直线运动，或重力与电场力 合力恒定，做匀变速直线运动. 洛伦兹力与速度垂直，且与重力和电场力的合力平衡，做匀速直线运动 . (2) 当带电粒子所受合外力充当向心力，带电粒子做 匀速圆周运动 时

3、，由于通常情 况下，重力和电场力为恒力，故不能充当向心力，所以一般情况下是重力恰好与电场力相平 衡，洛伦兹力充当向心力. (3) 当带电粒子所受合外力的大小、方向均不断变化时，粒子将做非匀变速的 曲线运 动_. 3. 带电粒子在复合场中有约束情况下的运动 带电粒子所受约束，通常有面、杆、绳、圆轨道等，常见的运动形式有 直线运动 和 圆周运动，此类问题应注意分析洛伦兹力所起的作用. 4. 带电粒子在交变场中的运动 带电粒子在不同场中的运动性质可能不同， 可分别进行讨论.粒子在不同场中的运动的联 系点预习导学 物理学科 高三年级 日期：2013/11/262013/11/26 珍爱生命 是速度，因

4、为速度不能突变，在前一场中运动的末速度，就是后一个场中运动的初速度 .预习导学 物理学科 高三年级 日期：2013/11/262013/11/26 珍爱生命 c.加速条件，高频电源的周期与带电粒子在 D 形盒中运动的周期相同，即T电 T 心谓 带电粒子在 D 形盒内沿螺旋线轨道逐渐趋于盒的边缘，达到预期的速率后，用特殊装置 把它们自主学习 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 8 3 1 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

5、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 知识点二：带电粒子在复合场中运动的应用实例 基础导引 （1）质谱仪 用途：质谱仪是一种测量带电粒子质量和分离同位素的仪器 原理：如图所示，离子源 S 产生质量为 m 电荷量为 q 的正离子（重 力不计），离子出来时速度很小（可忽略不计），经过电压为 U 的电场加速后进入磁感应强度为 B 的匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期而达到记录它的照相底片 P 上，测得它在 P 上的位置到入口处的距离为 L,则 1 1 2 1 qU= _

6、mv 0； qBv = m 2 2 v v2 I I r r ;L=2r 联立求解得 2 2 哙 譬，因此，只要知道 q、B L与 u,就可计算出带电粒子的质量 m q q 8U8U m Bm B2L L2 又因 mxL2,不同质量的同位素从不同处可得到分离， 故质谱仪又是分离同位素的重要仪 若 q 也未知，则 回旋加速器 组成： 两个 D 形盒、大型电磁铁、高频振荡交变电压， D 型盒间可形成电压 U. 作用: 加速微观带电粒子. 原理: a.电场加速 qU= Ek b.磁场约束偏转 qBv, 2 mvmv r = x v qBqB 预习导学 物理学科 高三年级 日期：2013/11/262

7、013/11/26 珍爱生命 引出. 要点深化 a. 将带电粒子在两盒狭缝之间的运动首尾相连起来可等效为一个初速度为零的匀加速直按力市第一jj 预习导学 物理学科 高三年级 日期：2013/11/262013/11/26 珍爱生命 拒绝平庸全力以赴追求卓越 5 由 Bqv= Eq= U q，可得 v= d d U U BdBd 线运动. b. 带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，所以各回旋半径之比为 1 : 2 :. 32 :. 3 c. 对于同一回旋加速器，其粒子回旋的最大半径是相同的 （3）速度选择器 原理：如图所示，由于所受重力可忽略不计，运动方向相同而速率不同的正粒子组成 的

8、粒子束射入相互正交的匀强电场和匀强磁场所组成的场区中，已知电场强度为 B,方向垂 直于纸面向里，若粒子运动轨迹不发生偏转 （重力不计），必须满足平衡条件：qBv= qE,故 v =E，这样就把满足 v=E的粒子从速度选择器中选择出来了 . B B B B 特点：a.速度选择器只选择速度（大小、方向）而不选择粒子的质量和电荷量，如上图 中若从右侧入射则不能穿过场区. b.速度选择器 B E、v 三个物理量的大小、方向互相约束，以保证粒子受到的电场力和 洛伦兹力等大、反向，如上图中只改变磁场 B 的方向，粒子将向下偏转. c.vv = E时，贝 U qBvqE,粒子向上偏转；当 v v =时，qB

9、v W C. 一定是 Wk W D 可能是 W W,也可能是 Wv W 2 .（多选）不计重力的负粒子能够在如图所示的正交匀强电场和匀强磁场中匀速直线穿 过设产生匀强电场的两极板间电压为 U,距离为 d,匀强磁场的磁感应强度为 B,粒子带电 荷量为 q,进入速度 v，以下说法正确的是（ ） A.A. 若同时增大 U 和 B,其他条件不变，则粒子一定能够直线穿过 B.B. 若同时减小 d 和增大 v，其他条件不变，则粒子可能直线穿过 C.C. 若粒子向下偏，能够飞出极板间，则粒子动能一定减小 D.D. 若粒子向下偏，能够飞出极板间，则粒子的动能有可能不变 3. （多选）如图所示，一个带正电的滑环

10、套在水平且足够长的粗糙的绝缘杆上，整个装置 处于方向如图所示的匀强磁场中，现给滑环一个水平向右的瞬时作用力， 使其开始运动，则滑环在杆上的运动情况可能的是 （ ） -r X X X X A. 始终做匀速运动 B .始终做减速运动，最后静止于杆上 C.先做加速运动，后做匀速运动 D .先做加速运动，后做减速运动 4. （多选）真空中存在竖直向上的匀强电场和水平方向的匀强磁场，如图所示，一质量为 m 带电荷量为 q 的物体以速度 v 在竖直平面内做半径为 R 的匀速圆周运动, 假设 t 二 0 时刻物体在轨迹最低点且重力势能为零，电势能也为零，那么， 下列说法正确的是（ ） A.物体带正电且逆时针

11、转动 1 B. 物体运动的过程中， 机械能守恒，且机械能为 E= C.物体运动的过程中，重力势能随时间的变化关系为 EP= mgR1 cosRt） E X L jX 1 X X X X BX X X X X X 轨力市第一中学 预习导学 珍爱生命 拒绝平庸全力以赴追求卓越 13 D.物体运动的过程中，电势能随时间的变化关系为 v E/= mgR1 cosRt) 轨力市第一jj 预习导学 物理学科 高三年级 珍爱生命 拒绝平庸全力以赴追求卓越 14 5. 带电质点在匀强磁场中运动，某时刻速度方向如图所示， 所受的重力和洛伦兹力的合力恰好与速度方向相反，不计阻 力，则在此后的一小段时间内，带电质点

12、将 （ ） A.可能做直线运动 B .可能做匀减速运动 C一定做曲线运动 D .可能做匀速圆周运动 6. 如图所示，真空中存在竖直向上的匀强电场和水平向里的 匀强磁场，一质量为 m 带电荷量为 q 的物体以速度 v 在竖直平 面内做半径为 R 的匀速圆周运动，假设 t 二 0 时刻物体在轨迹最 低点且重力势能为零，电势能也为零，下列说法错误的是（ ） A.物体带正电且逆时针转动 mg mv B匀强电场的场强 Ep，匀强磁场的磁感应强度-冰 日期 2013/11/262013/11/26 X X X X F X X X X /X X X X X X X C.物体运动过程中，机械能随时间的变化关系

13、为 D. 物体运动过程中， 机械能的变化量随时间的变化关系为 7. （多选题）如练图 8 3 4 所示，空间存在正交的匀强电场和匀强磁场， 匀强电场方向竖直向上，匀强磁场的方向垂直纸面向里.有一内壁光滑、 底部有带正电小球的试管.在水平拉力 F 作用下，试管向右匀速运动，带 电小球能从试管口处飞出.已知小球质量为 m 带电荷量为 q,场强大小为 E=第A.洛伦兹力对小球不做功 B .洛伦兹力对小球做正功 C. 小球的运动轨迹是一条抛物D.维持试管匀速运动的拉力 F 应逐渐增大 8. 带电小球以一定的初速度 V。竖直向上抛出，能够达到的最大高度为 hi;若加上水平方向的 匀强磁场，且保持初速度仍

14、为 v。，小球上升的最大高度为 h2,若加上水平方向的匀强电场, 且保持初速度仍为 v。，小球上升的最大高度为 ha，如练图 8 3 11 所示，不计空气阻力，则（ ） A. hi= ha B. hi h2 ha C. hi= h2 ha D . hi = h3 h2 xxx x H x x 珈 x x 按力市第一jj 预习导学 物理学科 高三年级 日期：2013/11/262013/11/26 珍爱生命 拒绝平庸全力以赴追求卓越 15 （1）求 DM 间距离 X0；9 （多选题）（2013 江苏模拟）如练图 8 3 12 所示为一个质量为 m 电荷量为+ q 的圆环, 可在水平放置的足够长的

15、粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感 应强度为 B 的匀强磁场中，不计空气阻力，现给圆环向右 的初速度 V。，在以后的运动过程中，圆环运动的速度图象 可能是下图中的（ ） 10.（多选题）如练图 8 3 9 所示，已知一带电小球在光滑 绝缘的水平面上从静止开始经电压 U 加速后，水平进入互相 垂直的匀强电场 E 和匀强磁场 B 的复合场中（E 和 B 已知）， 小球在此空间的竖直面内做匀速圆周运动，则 （ ） B * y IE C小球做匀速圆周运动的周期为 2n E U Bg D. 若电压 U 增大，则小球做匀速圆周运动的周期增加 11.如练图8 3-8所示的竖直平面内有 范围足够大、水平向左的匀强电

16、场，在虚 线的左侧有垂直纸面向里的匀强磁场，磁 感应强度大小为 B, 绝缘轨道由两段直 杆和一半径为 R 的半圆环组成，固定在纸 面所在的竖直平面内，PQ MN 水平且足够 长，半圆环 MAP 在磁场边界左侧， P、M 在 磁场边界线上，NMA 段光滑， 杆上，它所受电场力为重力的 占 八、 X rf X Xz p QX X A X X 0 X - X M X X Xj D l ! i PQ 段粗糙现在有一质量为 m 带电荷量为+ q 的小环套在 MN 1 现将小环从 M 点右侧的 D 点由静止释放，小环刚好能到达 P X X X X .小球做匀速圆周运动的半径为 A.小球可能带正电 B 按力

17、市第一jj 预习导学 物理学科 高三年级 日期：2013/11/262013/11/26 珍爱生命 拒绝平庸全力以赴追求卓越 16 (2) 求上述过程中小环第一次通过与 O 等高的 A 点时半圆环对小环作用力的大小; (3) 若小环与 PQ 间动摩擦因数为 讥设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等)，现将小环 移至 M 点右侧 5R 处由静止开始释放，求小环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功. 12.如练图 8 3 13 所示，匀强电场场强 E= 4 V/m,方向水平向左，匀强磁场的磁感应强度 m= 1 kg 的带正电小物体 A,从 M 点沿绝缘粗糙的竖直墙 壁无初速度下滑，它滑行 h = 0.8

18、 m 到 N 点时脱离墙壁做曲线 运动，在通过 P 点瞬时 A 受力平衡，此时其速度与水平方向 成45角， 且P点与M点的高度差为H= 1.6 m, g 取 10 m/s2. 试求： (1) A 沿墙壁下滑时，克服摩擦力做的功 W阻是多少？ (2) P 点与 M 点的水平距离 x 是多少？Y -XXX Nx xx xZ? VXXX P B= 2 T，方向垂直纸面向里，质量 轨力审第一中学 预习导学 物理学科 高三年级 日期：2013/11/262013/11/26 1. （多选题）在某次发射科学实验卫星“双星”中，放置了一种磁强计，用于测定地磁场的磁 感应强度磁强计的原理如练图 8-3- 10

19、 所示，电路中有一段金 属导体，它的横截面是宽为 a 高为 b 的长方体，放在沿 y 轴正方 向的匀强磁场中，导体中通有沿 x 轴正方向、大小为 I 的电流.已 知金属导体单位体积中的自由电子数为 n,电子电荷量为 e.金属导 电过程中，自由电子做定向移动可视为匀速运动.测出金属导体前 后两个侧面间的电势差为 U.则下列说法正确的是（ ） A. 电流方向沿 x 轴正方向，正电荷受力方向指向前侧面，因此前侧面电势较高 B. 电流方向沿 x 轴正方向，电子受力方向指向前侧面，因此后侧面电势较高2. 磁流体发电机可以把气体的内能直接转化为电能，是一种低碳环保发电机，有着广泛的发 展前景.其发电原理示

20、意图如练图 8-3-5 所示，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含 有大量带正电和负电的微粒，整体上呈电中性）喷射入磁感应强度为 B 的匀强磁场中，磁场区 域有两块面积为S、相距为 d 的平行金属板与外电阻 R 相连构成一电路，设气流的速度为 v， 气体的电导率（电阻率的倒数）为 g.则（ ） A. 两板间电势差为 U= Bdv B. 上板是电源的正极，下板是电源的负极 Bdv C流经 R 的电流为 I 二 3. 质谱仪是测带电粒子质量和分析同位素的一种仪器，它的工作原理是带电粒子 （不计重力） 经同一电场加速后，垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，然后利用相关规律计算出带电粒子 质量.其工作原

21、理如图所示.虚线为某粒子运动轨迹，由图可知 （ ） A. 此粒子带负电 B. 下极板 S2 比上极板 S 电势高 C若只增大加速电压 U,则半径 r 变大 D.若只增大入射粒子的质量，则半径 r 变小 C.磁感应强度的大小为 B=警 D .磁感应强度的大小为 B= 驴U D.流BdvS gSR d 1E? “ 厂序 “V7 *汗 * | * * r * 轨力审第一中学 预习导学 物理学科 高三年级 日期：2013/11/262013/11/26 4. （多选题）（2013 江西百校联考）练图 8- 3- 6是回旋加速器的示意图，其核心 部分是两 个 D 形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于

22、匀强磁场中，并分别与高频电源相连.带 电粒子在磁场中运动的动能 丘随时间 t 的变化规律如练图 8-3-6所示，若忽略带电粒子 珍爱生命 拒绝平庸全力以赴追求卓越 13高三年级 日期：2013/11/262013/11/26 珍爱生命 拒绝平庸全力以赴追求卓越 19 在电场中的加速时间，则下列说 法中正确的是（ ） 练图 8-3-6 A.在 Ek t 图中应有 t 4 t 3= t 3 t 2 = t 2 t 1 B.高频电源的变化周期应该等于 tn t n- 1 C要使粒子获得的最大动能增大, 可以增大 D 形盒的半径 D.在磁感应强度 B、D 形盒半径、 粒子的质量 m 及其电荷量 q 不

23、变的情况下，粒子的加 轨力市第一jj 预习导学 物理学科 高三年级 日期：2013/11/262013/11/26 珍爱生命 拒绝平庸全力以赴 追求卓越 20 S Bdv A.d（R） S BLv 珀（R） C. S Bdv S BLv L（_p 0 D. （_p Rl 速次数越多，粒子的最大动能一定越大 5. （多选题）如练图 8 3 3 所示，一束粒子（不计重力， 初速度可忽略）缓慢通过小孔 O 进入极板间电压为 U平加速电场区域I,再通过小孔 Q 射入相互正交的恒定匀 强电场、磁场区域U，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 Q与0、Q 在同一条水平线

24、上.则收集室收集到的是（ ） A.具有特定质量的粒子 B .具有特定比荷的粒子 C. 具有特定速度的粒子 D .具有特定动能的粒子 6. 目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电图所示表示了它的发电原理：将一束等离子体喷射入磁场，磁 场中有两块金属板 A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电 压.如果射入的等离子体的初速度为 V，两金属板的板长（沿初 輕离子体束 速度方向）为 L，板间距离为 d，金属板的正对面积为 S，匀强磁场的磁感应强度为 B，方向垂 直于离子初速度方向，负载电阻为 R,电离气体充满两板间的空间.当发电机稳定发电时， 电流表的示数为 I .那么板间电离气体的电阻率为（

25、 轨力市第一jj 预习导学 物理学科 高三年级 日期：2013/11/262013/11/26 珍爱生命 拒绝平庸全力以赴 追求卓越 21 7. (多选)环形对撞机是研究高能离子的重要装置，如图所示，正、负离子由静止经过电压为 U 的直线加速器加速后，沿圆环切线方向注入对撞机的真空环状空腔内，空腔内存在着与圆 环平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为 B.两种带电粒子将被局限在环状空腔内，沿相反 方向做半径相等的匀速圆周运动，从而在碰撞区迎面相撞为维持带电粒子在环状空腔中的 A.对于给定的加速电压，带电粒子的比荷 q 越大，磁感应强度B越大 B.对于给定的加速电压，带电粒子的比荷 q 越大，磁感应强度B