【优化方案】浙江省高考物理总复习 第8章第三节 带电粒子在复合场中的运动课件 大纲人教

第三节带电粒子在复合场中的运动

课堂互动讲练经典题型探究知能优化演练第三节带电粒子在复合场中的运动基础知识梳理基础知识梳理一、带电粒子在复合场中的运动1．复合场：电场、磁场和重力场并存或两种场并存，或分区域并存．粒子在复合场运动时要考虑__________、__________和重力作用．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_______时，将处于静止状态或做匀速直线运动．静电力洛伦兹力为零(2)匀速圆周运动当带电粒子所受的______与__________大小相等、方向相反时，带电粒子在__________的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动．(3)非匀变速曲线运动当带电粒子所受的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，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线．重力电场力洛伦兹力二、带电粒子在复合场中运动的实例分析1．速度选择器(如图8－3－1)图8－3－1(1)平行板间电场强度E和磁感应强度B互相_____．这种装置能把具有一定_____的粒子选择出来，所以叫做速度选择器．垂直速度qvB2．磁流体发电机(如图8－3－2)图8－3－2(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把___能直接转化为____能．(2)根据左手定则，如图中的B板是发电机_____．(3)磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为v，磁场磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差U＝_______.电正极Bdv内3．电磁流量计(1)如图8－3－3所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体流过导管．图8－3－3洛伦兹力电势差平衡4．霍尔效效应在匀强磁磁场中放放置一个个矩形截截面的载载流导体体，当磁磁场方向向与电流流方向垂垂直时，，导体在在与磁场场、电流流方向都都垂直的的方向上上出现了了_______．这个现现象称为为霍尔效效应，所所产生的的电势差差称为___________或霍尔电电压，其其原理如如图8－3－4所示．电势差霍尔电势势差图8－3－4特别提示示：分析带电电粒子在在复合场场中的运运动时，，如果没没有明确确指出，，则对于于微观粒粒子如电电子、质质子、α粒子、离离子等其其重力可可忽略不不计；对对于实际际物体，，如带电电小球、、液滴、、金属块块等一般般应考虑虑重力．．课堂互动讲练一、电偏偏转和磁磁偏转的的比较电

偏

转磁

偏

转受力特征F电＝qE恒力F洛＝qvB变力运动性质匀变速曲线运动匀速圆周运动运动轨迹即时应用用(即时突破破，小试试牛刀)1．(2011年抚顺六六校联合合体模拟拟)如图8－3－5所示，一一带电粒粒子以某某一速度度在竖直直平面内内做匀速速直线运运动，经经过一段段时间后后进入一一垂直于于纸面向向里、磁磁感应强强度为B的最小小的圆圆形匀匀强磁磁场区区域(图中未未画出出磁场场区域域)，粒子子飞出出磁场场后垂垂直电电场方方向进进入宽宽为L的匀强强电场场，电电场强强度大大小为为E，方向向竖直直向上上．当当粒子子穿出出电场场时速速率变变为原原来的的倍．．已知知带电电粒子子的质质量为为m，电荷荷量为为q，重力力不计计．粒粒子进进入磁磁场前前的速速度与与水平平方向向成θ＝60°°角．试试回答答：图8－3－5(1)粒子带带什么么电？？(2)带电粒粒子在在磁场场中运运动时时速度度多大大？(3)该最小小的圆圆形磁磁场区区域的的面积积为多多大？？(3)如图所示，，带电粒子子在磁场中中所受洛伦伦兹力提供供向心力，，设粒子在在磁场中做做圆周运动动的半径为为R，圆形磁场场区域的半半径为r，则：答案：见解解析二、带电粒粒子在复合合场中运动动的一般思思路1．带电粒子子在复合场场中运动的的分析方法法和一般思思路(1)弄清复合场场的组成，，一般有磁磁场、电场场的复合，，磁场、重重力场的复复合，磁场场、电场、、重力场三三者的复合合．(2)正确受力分分析，除重重力、弹力力、摩擦力力外要特别别注意静电电力和磁场场力的分析析．(3)确定带电粒粒子的运动动状态，注注意运动情情况和受力力情况的结结合．(4)对于粒子连连续通过几几个不同情情况的场的的问题，要要分阶段进进行处理．．(5)画出粒子运运动轨迹，，灵活选择择不同的运运动规律．．①当带电粒粒子在复合合场中做匀匀速直线运运动时，根根据受力平平衡列方程程求解．②当带电粒粒子在复合合场中做匀匀速圆周运运动时，应应用牛顿定定律结合圆圆周运动规规律求解．．③当带电粒粒子做复杂杂曲线运动动时，一般般用动能定定理或能量量守恒定律律求解．④对于临界界问题，注注意挖掘隐隐含条件．．2．复合场中中粒子重力力是否考虑虑的三种情情况(1)对于微观粒粒子，如电电子、质子子、离子等等，因为其其重力一般般情况下与与电场力或或磁场力相相比太小，，可以忽略略；而对于于一些实际际物体，如如带电小球球、液滴、、金属块等等一般应当当考虑其重重力．(2)在题目中有明明确说明是否否要考虑重力力的，这种情情况比较正规规，也比较简简单．(3)不能直接判断断是否要考虑虑重力的，在在进行受力分分析与运动分分析时，要由由分析结果确确定是否要考考虑重力．3．各种场力的的特点(1)重力的大小为为mg，方向竖直向向下，重力做做功与路径无无关，重力势势能的变化总总是与重力做做功相对应．．(2)电场力与电荷荷的性质及电电场强度有关关，电场力做做功与路径无无关，电势能能的变化总是是与电场力做做功相对应．．(3)洛伦兹力的大大小F＝qvB，其方向与速速度方向垂直直，所以洛伦伦兹力不做功功．特别提醒：(1)全面正确地分分析带电粒子子的受力和运运动特征是解解题的前提，，尤其是电场场力和洛伦兹兹力的分析，，特别要注意意洛伦兹力要要随带电粒子子运动状态的的变化而改变变．(2)注意重力、电电场力做功与与路径无关，，洛伦兹力始始终和运动方方向垂直、永永不做功．即时应用(即时突破，小小试牛刀)2．如图8－3－6所示，竖直平平面xOy内存在水平向向右的匀强电电场，场强大大小E＝10N/C，在y≥0的区域内还存存在垂直于坐坐标平面向里里的匀强磁场场，磁感应强强度大小B＝0.5T，一带电荷量量q＝＋0.2C、质量m＝0.4kg的小球由长l＝0.4m的细线悬挂于于P点，小球可视视为质点．现现将小球拉至至水平位置A无初速释放，，小球运动到到悬点P正下方的坐标标原点O时，悬线突然然断裂，此后后小球又恰好好能通过O点正下方的N点．(g＝10m/s2)求：图8－3－6(1)小球运动到O点时的速度大小；(2)悬线断裂前瞬间拉力的大小；(3)ON间的距离．答案：(1)2m/s(2)8.2N(3)3.2m经典题型探究题型一带电粒子在“组合场”中的运动(2009年高考全国卷卷Ⅱ)如图8－3－7所示，在宽度度分别为l1和l2的两个毗邻的的条形区域中中分别有匀强强磁场和匀强强电场，磁场场方向垂直于于纸面向里，，电场方向与与电、磁场分分界线平行向向右．一带正正电荷的粒子子以速率v从磁场区域上上边界的P点斜射入磁场场，然后以垂垂直于电、磁磁场分界线的的方向进入电电场，最后从从电场边界上上的Q点射出．例1已知PQ垂直于电场方方向，粒子轨轨迹与电、磁磁场分界线的的交点到PQ的距离为d.不计重力，求求电场强度与与磁感应强度度大小之比以以及粒子在磁磁场与电场中中运动时间之之比．图8－3－7【思路点拨】粒子在磁场中中做匀速圆周周运动，结合合几何知识，，确定圆心和和半径，从而而确定磁感应应强度和圆心心角(或时间间)．粒子子在电电场中中做类类平抛抛运动动时，，结合合平抛抛规律律可求求得电电场强强度及及运动动时间间．图8－3－8【答案】见解析析【名师归归纳】分析组组合场场中粒粒子的的运动动时，，应分分别分分析粒粒子在在隔离离场中中的受受力情情况及及运动动轨迹迹，从从而选选取适适当的的规律律列式式求解解，且且要注注意粒粒子在在两场场交界界处的的关键键点．．(2010年高考安安徽理综综卷)如图8－3－9甲所示，，宽度为为d的竖直狭狭长区域域内(边界为L1、L2)，存在垂垂直纸面面向里的的匀强磁磁场和竖竖直方向向上的周周期性变变化的电电场(如图乙所所示)，电场强强度的大大小为E0，E＞0表示电场场方向竖竖直向上上．t＝0时，一带带正电、、质量为为m的微粒从从左边界界上的N1点以水平平速度v射入该区区域，沿沿直线运运动到Q点后，做做一次完完整的圆圆周运动动，再沿沿直线运运动到右右边界上上的N2点．Q为线段N1N2的中点，，重力加加速度为为g.上述d、E0、m、v、g为已知量量．题型二带电粒子在“复合场”中的运动例2(1)求微粒所所带电荷荷量q和磁感应应强度B的大小；；(2)求电场变变化的周周期T；(3)改变宽度度d，使微粒粒仍能按按上述运运动过程程通过相相应宽度度的区域域，求T的最小值值．图8－3－9图8－3－10图8－3－11【方法技巧巧】(1)带电粒子子在匀强强电场、、磁场及及重力场场中做圆圆周运动动时，重重力与电电场力平平衡，洛洛伦兹力力提供向向心力；；做直线线运动时时，三力力平衡；；(2)粒子交替做直直线运动、圆圆周运动，要要注意找圆周周运动的周期期与电场(或磁场)变化周期的关关系．(满分样板15分)在场强为B的水平匀强磁磁场中，一质质量为m、带电荷量为为＋q的小球在O点由静止释放放，小球的运运动曲线如图图8－3－12所示．已知此此曲线在最低低点的曲率半半径为该点到到x轴距离的2倍，重力加速速度为g.求：题型三带电粒子在复合场中的一般曲线运动例3图8－3－12(1)小球