考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件

第4节带电粒子在复合场中的运动第4节1考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件2考点1：带电粒子在复合场中的直线运动【例1】如图8­4­4所示的虚线区域内，充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场．一带电粒子a(不计重力)以一定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域，恰好沿直线由区域右边界的O′点(图中未标出)穿出．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(不计重力)仍以相同初速度由O点射入，从区域右边界穿出，则粒子b()考点1：带电粒子在复合场中的直线运动【例1】如图8­4­4所3A．穿出位置一定在O′点下方B．穿出位置一定在O′点上方C．运动时，在电场中的电势能一定减小D．在电场中运动时，动能一定减小图8­4­4A．穿出位置一定在O′点下方图8­4­44切入点：(1)质点做直线运动的条件；(2)动能定理．【解析】a粒子要在电场、磁场的复合场区内做直线运动，则该粒子一定做匀速直线运动，故对粒子a有：Bqv=Eq，即只要满足E=Bv无论粒子带正电还是负电，粒子都可以沿直线穿出复合场区，当撤去磁场只保留电场时，粒子b由于电性不确定，故无法判断从O′点的上方或下方穿出，故AB错误；粒子b在穿过电场区的过程中必然受到电场力的作用而做类平抛的运动，电场力做正功，其电势能减小，动能增大，故C项正确D项错误．切入点：(1)质点做直线运动的条件；(2)动能定理．【解析】5答案：C点评：(1)解决带电粒子在复合场中的直线运动问题，核心是理解和运用物体做直线运动的条件：合外力为零(做匀速直线运动)或合外力方向与速度方向相同(做加速直线运动)、合外力方向与速度方向相反(做减速直线运动)．(2)洛伦磁力总是不做功．答案：C6考点2：带电粒子在复合场中的匀速圆周运动【例2】(2010•安徽卷)如图8­4­5(1)所示，宽度为d的竖直狭长区域内(边界为L1、L2)，存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场[如图8­4­5(2)所示]，电场强度的大小为E0，E＞0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．考点2：带电粒子在复合场中的匀速圆周运动【例2】(2010•7(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的区域，求T的最小值．图8­4­5(1)求微粒所带电荷量q和磁感应强度B的大小；图8­4­58切入点：受力分析后可推出微粒的直线运动一定是匀速直线运动．切入点：受力分析后可推出微粒的直线运动一定是匀速直线运动．9考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件10考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件11点评：带电粒子在复合场中做匀速圆周运动，洛伦兹力恰好符合向心力的要求，所以，只要洛伦兹力以外的其他力的合力为零，洛伦兹力提供向心力，就能满足带电粒子在复合场中做匀速圆周运动的条件．点评：带电粒子在复合场中做匀速圆周运动，洛伦兹力恰好符合向心12题型一：带电粒子在复合场中的一般曲线运动题型一：带电粒子在复合场中的一般曲线运动13且刚好到达D点，从D点飞出时磁场消失，不计空气阻力，g=10m/s2，cos37°=0.8，求：(1)小球带何种电荷．(2)小球离开D点后的运动轨迹与直线AC的交点距C点的距离．(3)小球在半圆轨道部分克服摩擦力所做的功．图8­4­6且刚好到达D点，从D点飞出时磁场消失，不计空气阻力，g=1014考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件15考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件16考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件17点评：带电粒子在复合场中的一般曲线运动问题属于综合性很强的应用问题，解决这类问题的关键，一是要正确分析受力情况，特别要注意洛伦兹力的大小和方向会随速度的大小和方向的变化而变化；二是要正确分析运动情况，特别要注意洛伦兹力随速度变化后又要反过来引起运动状态的变化；三是要正确分析各个力的做功情况，特别要注意洛伦兹力在任何时候都不做功的特点．点评：带电粒子在复合场中的一般曲线运动问题属于综合性很强的应18题型二：应用带电粒子在复合场中运动的仪器【例4】(2010•北京卷)利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域．图8­4­7题型二：应用带电粒子在复合场中运动的仪器【例4】(2010•19考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件20(1)设半导体薄片的宽度(c、f间距)为l，请写出UH和EH的关系式；若半导体材料是电子导电的，请判断图8­4­10(a)中c、f哪端的电势高．(2)已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为n，电子的电荷量为e，请导出霍尔系数RH的表达式．(通过横截面积S的电流I=nevS，其中v是导电电子定向移动的平均速率)．(1)设半导体薄片的宽度(c、f间距)为l，21(3)图8­4­7(b)是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周边等距离地嵌装着m个永磁体，相邻永磁体的极性相反．霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近．当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图象如图8­4­7(c)所示．①若在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，请导出圆盘转速N的表达式．②利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程．除此之外，请你展开“智慧的翅膀”，提出另一个实例或设想．(3)图8­4­7(b)是霍尔测速仪的示意图22考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件23考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件24点评：应用带电粒子在复合场中的运动的仪器这类问题，虽然物理情境各不相同，但是设计原理都是一样的，都是利用电场力和洛伦兹力的作用．所以，运用相关物理规律，分析仪器的工作原理，明确工作过程，是解决这类问题的关键．点评：应用带电粒子在复合场中的运动的仪器这类问题，虽然物理情25考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件261.如图8­4­8是质谱仪的工作原理示意图．带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是()图8­4­81.如图8­4­8是质谱仪的工作原理示意图．带电粒子被加速电27A．质谱仪是分析同位素的重要工具B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/BD．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小答案：ABCA．质谱仪是分析同位素的重要工具28考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件292.医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度．电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的．使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图8­4­9所示．由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差．在达到平衡时，血管内部的电场可看做是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的2.医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流30合力为零．在某次监测中，两触点的距离为3.0mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160μV，磁感应强度的大小为0.040T.则血流速度的近似值和电极a、b的正负为()A．1.3m/s，a正、b负B．2.7m/s，a正、b负C．1.3m/s，a负、b正D．2.7m/s，a负、b正图8­4­9A合力为零．在某次监测中，两触点的距离为3.0mm，血管壁的厚31考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件32考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件33(1)判断墨滴所带电荷的种类，并求其电荷量；(2)求磁感应强度B的值；(3)现保持喷口方向不变，使其竖直下移到两板中间的位置．为了使墨滴仍能到达下板M点，应将磁感应强度调至B′，则B′的大小为多少？(1)判断墨滴所带电荷的种类，并求其电荷量；34考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件35考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件36考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件374.(南京市2011届第三次联考)设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，如图8­4­11所示．已知一离子在电场力和洛伦兹力的作用下，从静止开始自A点沿曲线ACB运动，到达B点时速度为零，C点是运动的最低点，忽略重力，以下说法中正确的是()A．此离子必带正电荷B．A点和B点位于同一高度C．离子在C点时速度最大D．离子到达B点后，将沿原曲线返回A点图8­4­11ABC4.(南京市2011届第三次联考)设空间存在竖直向下的匀强电38【解析】忽略重力作用，离子开始时向下做加速运动，说明离子受到竖直向下的电场力作用，所以该离子带正电，A正确．离子有速度后就受到洛伦兹力作用，洛伦兹力方向始终垂直于速度方向，它改变离子的运动方向，离子从A点沿曲线ACB运动，洛伦兹力不做功．电场力做功与路径无关而与起点和终点有关，由动能定理可知，离子在C点的动能达到最大，之后运动到B点时速度为零，然后又开始重复前一次运动．正确选项为A、B、C.【解析】忽略重力作用，离子开始时向下做加速运动，说明离子受到395.(2011年海南五校)如图8­4­12所示，匀强磁场的方向竖直向下．磁场中有光滑的水平桌面，在桌面上平放着内壁光滑、底部有带电小球的试管．试管在水平拉力F作用下向右匀速运动，带电小球能从管口处飞出．关于带电小球及其在离开试管前的运动，下列说法中正确的是()A．小球带正电B．洛伦兹力对小球做正功C．小球运动的轨迹是一条抛物线D．维持试管匀速运动的拉力F应保持恒定图8­4­12AC5.(2011年海南五校)如图8­4­12所示，匀强磁场的方40【解析】小球能从管口离开，说明其带正电；洛伦兹力不做功；沿拉力F的方向小球受力平衡，匀速运动，管口方向：F洛=qvB为恒力，其运动为类平抛运动，对试管和小球整体，在拉力F的方向上，应有F=qv′B(v′为球沿试管方向的速度)，v′均匀增大，则F均匀增大．【解析】小球能从管口离开，说明其带正电；洛伦兹力不做功；沿拉41图8­4­13图8­4­1342考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件43考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件44第4节带电粒子在复合场中的运动第4节45考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件46考点1：带电粒子在复合场中的直线运动【例1】如图8­4­4所示的虚线区域内，充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场．一带电粒子a(不计重力)以一定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域，恰好沿直线由区域右边界的O′点(图中未标出)穿出．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(不计重力)仍以相同初速度由O点射入，从区域右边界穿出，则粒子b()考点1：带电粒子在复合场中的直线运动【例1】如图8­4­4所47A．穿出位置一定在O′点下方B．穿出位置一定在O′点上方C．运动时，在电场中的电势能一定减小D．在电场中运动时，动能一定减小图8­4­4A．穿出位置一定在O′点下方图8­4­448切入点：(1)质点做直线运动的条件；(2)动能定理．【解析】a粒子要在电场、磁场的复合场区内做直线运动，则该粒子一定做匀速直线运动，故对粒子a有：Bqv=Eq，即只要满足E=Bv无论粒子带正电还是负电，粒子都可以沿直线穿出复合场区，当撤去磁场只保留电场时，粒子b由于电性不确定，故无法判断从O′点的上方或下方穿出，故AB错误；粒子b在穿过电场区的过程中必然受到电场力的作用而做类平抛的运动，电场力做正功，其电势能减小，动能增大，故C项正确D项错误．切入点：(1)质点做直线运动的条件；(2)动能定理．【解析】49答案：C点评：(1)解决带电粒子在复合场中的直线运动问题，核心是理解和运用物体做直线运动的条件：合外力为零(做匀速直线运动)或合外力方向与速度方向相同(做加速直线运动)、合外力方向与速度方向相反(做减速直线运动)．(2)洛伦磁力总是不做功．答案：C50考点2：带电粒子在复合场中的匀速圆周运动【例2】(2010•安徽卷)如图8­4­5(1)所示，宽度为d的竖直狭长区域内(边界为L1、L2)，存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场[如图8­4­5(2)所示]，电场强度的大小为E0，E＞0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．考点2：带电粒子在复合场中的匀速圆周运动【例2】(2010•51(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的区域，求T的最小值．图8­4­5(1)求微粒所带电荷量q和磁感应强度B的大小；图8­4­552切入点：受力分析后可推出微粒的直线运动一定是匀速直线运动．切入点：受力分析后可推出微粒的直线运动一定是匀速直线运动．53考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件54考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件55点评：带电粒子在复合场中做匀速圆周运动，洛伦兹力恰好符合向心力的要求，所以，只要洛伦兹力以外的其他力的合力为零，洛伦兹力提供向心力，就能满足带电粒子在复合场中做匀速圆周运动的条件．点评：带电粒子在复合场中做匀速圆周运动，洛伦兹力恰好符合向心56题型一：带电粒子在复合场中的一般曲线运动题型一：带电粒子在复合场中的一般曲线运动57且刚好到达D点，从D点飞出时磁场消失，不计空气阻力，g=10m/s2，cos37°=0.8，求：(1)小球带何种电荷．(2)小球离开D点后的运动轨迹与直线AC的交点距C点的距离．(3)小球在半圆轨道部分克服摩擦力所做的功．图8­4­6且刚好到达D点，从D点飞出时磁场消失，不计空气阻力，g=1058考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件59考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件60考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件61点评：带电粒子在复合场中的一般曲线运动问题属于综合性很强的应用问题，解决这类问题的关键，一是要正确分析受力情况，特别要注意洛伦兹力的大小和方向会随速度的大小和方向的变化而变化；二是要正确分析运动情况，特别要注意洛伦兹力随速度变化后又要反过来引起运动状态的变化；三是要正确分析各个力的做功情况，特别要注意洛伦兹力在任何时候都不做功的特点．点评：带电粒子在复合场中的一般曲线运动问题属于综合性很强的应62题型二：应用带电粒子在复合场中运动的仪器【例4】(2010•北京卷)利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域．图8­4­7题型二：应用带电粒子在复合场中运动的仪器【例4】(2010•63考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件64(1)设半导体薄片的宽度(c、f间距)为l，请写出UH和EH的关系式；若半导体材料是电子导电的，请判断图8­4­10(a)中c、f哪端的电势高．(2)已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为n，电子的电荷量为e，请导出霍尔系数RH的表达式．(通过横截面积S的电流I=nevS，其中v是导电电子定向移动的平均速率)．(1)设半导体薄片的宽度(c、f间距)为l，65(3)图8­4­7(b)是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周边等距离地嵌装着m个永磁体，相邻永磁体的极性相反．霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近．当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图象如图8­4­7(c)所示．①若在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，请导出圆盘转速N的表达式．②利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程．除此之外，请你展开“智慧的翅膀”，提出另一个实例或设想．(3)图8­4­7(b)是霍尔测速仪的示意图66考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件67考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件68点评：应用带电粒子在复合场中的运动的仪器这类问题，虽然物理情境各不相同，但是设计原理都是一样的，都是利用电场力和洛伦兹力的作用．所以，运用相关物理规律，分析仪器的工作原理，明确工作过程，是解决这类问题的关键．点评：应用带电粒子在复合场中的运动的仪器这类问题，虽然物理情69考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件701.如图8­4­8是质谱仪的工作原理示意图．带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是()图8­4­81.如图8­4­8是质谱仪的工作原理示意图．带电粒子被加速电71A．质谱仪是分析同位素的重要工具B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/BD．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小答案：ABCA．质谱仪是分析同位素的重要工具72考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件732.医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度．电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的．使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图8­4­9所示．由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差．在达到平衡时，血管内部的电场可看做是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的2.医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流74合力为零．在某次监测中，两触点的距离为3.0mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160μV，磁感应强度的大小为0.040T.则血流速度的近似值和电极a、b的正负为()A．1.3m/s，a正、b负B．2.7m/s，a正、b负C．1.3m/s，a负、b正D．2.7m/s，a负、b正图8­4­9A合力为零．在某次监测中，两触点的距离为3.0mm，血管壁的厚75考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件76考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件77(1)判断墨滴所带电荷的种类，并求其电荷量；(2)求磁感应强度B的值；(3)现保持喷口方向不变，使其竖直下移到两板中间的位置．为了使墨滴仍能到达下板M点，应将磁感应强度调至B′，则B′的大小为多少？(1)判断墨滴所带电荷的种类，并求其电荷量；78考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件79考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件80考点2带电粒子在复合场中的匀速圆周运动课件814.(南京市2011届第三次联考)