2014物理第九章第4课时带电粒子在复合场中的运动

1、 广州出版社广州出版社20142014年五羊高考年五羊高考高考总复习物理高考总复习物理( (课件课件) )20142014年五羊高考物理复习年五羊高考物理复习 第第4 4课时课时 带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动课前自主解读课前自主解读 1.复合场： 某空间同时存在电场、磁场及重力场等，我们称该区域为复合场。 讨论电子、质子、离子等微观粒子在复合场中的受力时，若没有特殊说明则不计其重力；讨论带电小球、尘埃、油滴、液滴、通草球等颗粒在复合场中受力时，若没有特殊说明则须计其重力。若有具体数据，往往通过计算、比较来确定是否考虑其重力。 2.带电粒子在复合场中的直线运动 （1）直线运动

2、条件 若带电粒子所受合外力为零，则粒子做匀速直线运动；若合外力与速度方向相同则做加速直线运动、若合外力与速度方向相反则做减速直线运动；课前自主解读课前自主解读 （2）两种典例： 粒子运动方向与磁场方向共线情景：带电粒子在磁场中不受磁场力作用，粒子可能做匀速直线运动，可能做变速直线运动（可能沿运动方向受到其它力）；粒子运动方向与磁场方向不共线情景：自由的带电粒子（无轨道约束）在匀强电场、匀强磁场和重力场中，若做直线运动则一定是匀速直线运动。这是因为电场力和重力都是恒力。若它们的合力不能与洛仑兹力平衡，则带电粒子速度的大小和方向将会改变，粒子就不可能做直线运动。 3.带电粒子在复合场中的曲线运动

3、（1）带电粒子在复合场中的匀速圆周运动 当带电粒子进入匀强电场、匀强磁场和重力场共存的复合场中， 电场力和重力相平衡，粒子运动方向与匀强磁场方向相垂直时，带电粒子在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动。 （2）当带电粒子所受合外力变化且与粒子速度不在一条直线上时，带电粒子做非匀变速曲线运动。 4.质谱仪 （1）质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。 （2）质谱仪的原理： 若容器A中含有电荷量相同而质量有微小差别的粒子，它们经过电势差为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场，它们进入磁场后将沿不同的半径做圆周运动，打到照相底片的不同地方，在底片上形成若干谱线状的细线，叫做质谱线。每

4、一条谱线对应于一定的质量的粒子。从谱线的位置可以知道圆周的半径r，如果再已知带电粒子的电荷量q，就可以算出它的质量，所以这种仪器叫做质谱仪，如图所示课前自主解读课前自主解读课前自主解读课前自主解读 5.回旋加速器 (1)回旋加速器是产生大量高能量带电粒子的实验设备。 （2）构造：两个D形金属扁盒，粒子源，D形盒装在真空容器中，巨大的电磁铁，高频电源，引出装置。 （3）原理：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其周期跟运动速率和轨道半径无关,对一定的带电粒子和确定的磁感应强度来说这个周期是恒定的。因此，尽管回旋加速器中粒子的速率和半径逐次增大，运动周期却始终不变#这样，如果在两个D形盒间加一个交

5、变电场，使它也以相同的周期往复变化，那就可以保证粒子每经过两D形盒之间时都正好赶上合适方向的电场而被加速。课堂主题互动课堂主题互动1.对复对复合合场场中洛中洛仑兹仑兹力特点的理解力特点的理解2.洛洛仑兹仑兹力力与与速度速度选择选择器器3.洛洛仑兹仑兹力力与与回旋加速器回旋加速器4.带电带电体在体在复复合合场场中中动动力力学过学过程的分析程的分析主题一、主题一、对复合场中洛仑兹力特点的理解对复合场中洛仑兹力特点的理解例题例题1(2011,(2011,“五羊高考五羊高考”原创原创) )如图所示，匀强电如图所示，匀强电场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里一带电粒场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里一

6、带电粒子水平向右做直线运动不计粒子重力，则可判断子水平向右做直线运动不计粒子重力，则可判断()A该粒子一定带正电该粒子一定带正电B该粒子可能做匀速直线运动该粒子可能做匀速直线运动C该粒子可能做加速直线运动该粒子可能做加速直线运动D该粒子只能做匀速直线运动该粒子只能做匀速直线运动D变式变式1(2010，广东肇庆，广东肇庆)如图所示，水平放置的平如图所示，水平放置的平行金属板行金属板a、b带有等量异种电荷，带有等量异种电荷，a板带正电，两板板带正电，两板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，若一个带正电的液间有垂直于纸面向里的匀强磁场，若一个带正电的液滴在两板间做直线运动，其运动方向是滴在两板间做直线运动

7、，其运动方向是()A沿竖直方向向下沿竖直方向向下B沿竖直方向向上沿竖直方向向上C沿水平方向向左沿水平方向向左 D沿水平方向向右沿水平方向向右主题一、主题一、对复合场中洛仑兹力特点的理解对复合场中洛仑兹力特点的理解D主题二、主题二、洛仑兹力与速度选择器洛仑兹力与速度选择器AD主题二、主题二、洛仑兹力与速度选择器洛仑兹力与速度选择器BD主题三、主题三、洛仑兹力与回旋加速器洛仑兹力与回旋加速器例题例题3回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期

8、性变化的电场，使粒子在通过狭缝时的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是法中正确的是()A增大狭缝间加速电压增大狭缝间加速电压B增大磁场的磁感应强度增大磁场的磁感应强度C增大狭缝间的距离增大狭缝间的距离D增大增大D形金属盒的半径形金属盒的半径 BD主题三、主题三、洛仑兹力与回旋加速器洛仑兹力与回旋加速器B例题例题4将倾角为将倾角为的光滑绝缘斜面放置在一个足够大的的光滑绝缘斜面放

9、置在一个足够大的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里、磁感应强度为匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里、磁感应强度为B，一个质量为一个质量为m、带电量为、带电量为q的小物体在斜面上由静止开始的小物体在斜面上由静止开始下滑下滑(设斜面足够长设斜面足够长)，如图所示，滑到某一位置开始离开，如图所示，滑到某一位置开始离开斜面则斜面则 (1)物体带电性质如何？物体带电性质如何？(2)物体离开斜面时的速度为多大？物体离开斜面时的速度为多大？(3)物体在斜面上滑行的距离为多少？物体在斜面上滑行的距离为多少？主题四、主题四、带电体在复合场中动力学过程的分析带电体在复合场中动力学过程的分析主题四、主题四、带电体在复合

10、场中动力学过程的分析带电体在复合场中动力学过程的分析qBmgvmcossin212mgLmvmsin2cos2222BqgmL 图（甲）图（甲）主题四、主题四、带电体在复合场中动力学过程的分析带电体在复合场中动力学过程的分析AD评卷现场观摩评卷现场观摩评卷现场观摩评卷现场观摩2021mveU meUv200vst RvmBev200eBmvR 02vRTeBmT2eBmneUmnLt22课外演练课外演练1 1如图如图41所示所示，铜质导电板置于匀强磁场中铜质导电板置于匀强磁场中，通电时铜板中电通电时铜板中电流方向向上由于磁场的作用流方向向上由于磁场的作用，则则( )A A板左侧聚集较多电子板左

11、侧聚集较多电子，使使b点电势高于点电势高于a点电势点电势B B板左侧聚集较多电子板左侧聚集较多电子，使使a点电势高于点电势高于b点电势点电势C C板右侧聚集较多电子板右侧聚集较多电子，使使a点电势高于点电势高于b点电势点电势D D板右侧聚集较多电子板右侧聚集较多电子，使使b点电势高于点电势高于a点电势点电势2.2.如图如图42所示所示，一电子束垂直于电场线与磁感线方向入射后偏向一电子束垂直于电场线与磁感线方向入射后偏向A极板极板，为了使电子束沿射入方向做直线运动为了使电子束沿射入方向做直线运动，可采用的方法是可采用的方法是( )A A将变阻器滑动头将变阻器滑动头P向右滑动向右滑动 B B将变阻

12、器滑动头将变阻器滑动头P向左滑动向左滑动C C将极板间距离适当减小将极板间距离适当减小 D D将极板间距离适当增大将极板间距离适当增大AD课外演练课外演练3 3如图如图43所示所示，一个带负电的物体从粗糙斜面顶端滑到斜面底一个带负电的物体从粗糙斜面顶端滑到斜面底端时的速度为端时的速度为v，若加上一个垂直纸面向外的磁场若加上一个垂直纸面向外的磁场，则滑到底端时则滑到底端时 ( )A Av变大变大B Bv变小变小C Cv不变不变D D不能确定不能确定4 4如图如图44所示所示，两平行金属板间距为两平行金属板间距为d，两板间充满磁感应强度两板间充满磁感应强度为为B的匀强磁场的匀强磁场，磁场方向如图所

13、示等离子体以速度磁场方向如图所示等离子体以速度v0 0从左向右从左向右射入两平行板射入两平行板之间之间现闭合开关现闭合开关，则则( )A A上板电势较高上板电势较高B B通过灯泡电流自下向上通过灯泡电流自下向上C C通过灯泡电流自上向下通过灯泡电流自上向下D D两板间电势差为两板间电势差为UababBv0 0d dBB课外演练课外演练5 5如图如图45所示所示，匀强磁场方向垂直纸面向里匀强磁场方向垂直纸面向里，物块甲带正电物块甲带正电，乙不带电在拉力乙不带电在拉力F作用下使甲、乙一起沿粗糙水平面做匀加速直作用下使甲、乙一起沿粗糙水平面做匀加速直线运动则线运动则( )A A甲受到的摩擦力逐渐增大

14、甲受到的摩擦力逐渐增大B B甲受到的摩擦力逐渐减小甲受到的摩擦力逐渐减小C C甲受到的摩擦力保持不变甲受到的摩擦力保持不变D D拉力拉力F大小不变大小不变6 6由中国提供永由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪的原理如图磁体的阿尔法磁谱仪的原理如图 4 46 所示所示，其主其主要使命是探索宇宙中的反物质要使命是探索宇宙中的反物质，所谓反物质所谓反物质，即即质量与正粒子相等质量与正粒子相等，带电量与正粒子相等但符号相带电量与正粒子相等但符号相反假设使一束质子、反质子、反假设使一束质子、反质子、粒子、粒子、反粒子反粒子组成的射线通过组成的射线通过OO进入匀强磁场进入匀强磁场B2 2中形成四条径中形成四条径

15、迹迹，则则( )A A1 1和和2是反粒子径迹是反粒子径迹B B3 3和和4是反粒子径迹是反粒子径迹C C2 2为反质子径迹为反质子径迹D D4 4为为粒子径迹粒子径迹CAD课外演练课外演练7 7某电子以固定的正电荷为圆心在匀强磁场中做匀速圆周运动某电子以固定的正电荷为圆心在匀强磁场中做匀速圆周运动，磁场方向垂直于它的运动平面磁场方向垂直于它的运动平面，电子所受电场力恰好是磁场对它作电子所受电场力恰好是磁场对它作用力的用力的3倍若电子电量为倍若电子电量为e，质量为质量为m，磁感应强度为磁感应强度为B.那么那么，电电子运动的角速度可能是子运动的角速度可能是( )8.8.回旋加速器的原理如图回旋加

16、速器的原理如图47所示所示，它由两个铜它由两个铜质质D形盒形盒D1 1、D2 2构成构成，其间留有空隙其间留有空隙，下列说法下列说法正确的是正确的是( )A A离子从电场中获得能量离子从电场中获得能量 B B离子从磁场中获得能量离子从磁场中获得能量C C只增大空隙间的距离可增加离子从回旋加速器中获得的动能只增大空隙间的距离可增加离子从回旋加速器中获得的动能 D D只增大只增大D形盒的半径可增加离子从回旋加速器中获得的动能形盒的半径可增加离子从回旋加速器中获得的动能ACAD课外演练课外演练9 9方向如图方向如图48所示的匀强电场和匀强磁场共存的场区所示的匀强电场和匀强磁场共存的场区，一电子一电子

17、沿垂直电场线和磁感线方向水平射入场区沿垂直电场线和磁感线方向水平射入场区，不计重力不计重力，则射出场区则射出场区时时( )A A电子速度大小一定不变电子速度大小一定不变 B B电子速度大小一定增大电子速度大小一定增大C C电子速度大小可能增大电子速度大小可能增大 D D电子速度大小可能减小电子速度大小可能减小1010如图如图49所示所示，在在y轴右侧轴右侧2Ly2L的带状区域存在着相互的带状区域存在着相互垂直的匀强磁场和匀强电场垂直的匀强磁场和匀强电场，电场沿电场沿y轴正方轴正方向，磁场垂直向，磁场垂直xOy平面平面向外向外. 在原点在原点O左侧有一粒子源不断地发射相同的带电粒子左侧有一粒子源

18、不断地发射相同的带电粒子，粒子的粒子的初速度恒定初速度恒定，射入有场区域后恰好沿射入有场区域后恰好沿x轴正方向做直线运动轴正方向做直线运动. 若撤去若撤去电场只存在磁场电场只存在磁场，粒子从粒子从b(L，2 2L L)点射出有场区域；若撤去磁场只点射出有场区域；若撤去磁场只存在电场，存在电场，粒子将从粒子将从a点射出有场区域点射出有场区域(不计粒子的重力和粒子间的不计粒子的重力和粒子间的相互作用相互作用)(1)试判断该粒子带何种电荷？试判断该粒子带何种电荷？(2)求求a点的坐标点的坐标CD课外演练课外演练课外演练课外演练11.11.如图如图410所示所示，xOy是位于足够大的绝缘光滑水平桌面内

19、的平是位于足够大的绝缘光滑水平桌面内的平面直角坐标系面直角坐标系，虚线虚线MN是是xOy的角平分线在的角平分线在MN的左侧区域的左侧区域，存在着沿存在着沿x轴负方向、场强为轴负方向、场强为E的匀强电场；在的匀强电场；在MN的右侧区域的右侧区域，存存在着方向竖直向下在着方向竖直向下，磁感应强度为磁感应强度为B的匀强磁场现有一质量为的匀强磁场现有一质量为m、带电量为带电量为q的带负电的小球的带负电的小球a从从y轴上的轴上的P(0，l l)点，点，在电场力作用下在电场力作用下由静止开始运动由静止开始运动，a球到达虚线球到达虚线MN上的上的Q点时与另一个不带电的静点时与另一个不带电的静止小球止小球b发生碰撞发生碰撞，碰后两小球粘合在一起进入磁场碰后两小球粘合在一起进入磁场，它们穿出磁，它们穿出磁场的位置恰好在场的位置恰好在O点若点若a、b两小球的质量相等且均可视为质点两小球的