《三维设计》新课标高考物理一轮总复习课件第八章磁场第单元带电粒子在复合场中的运动

带电粒子在复合场中的运动[想一想]带电粒子在复合场中什么时候静止或做直线运动？什么时候做匀速圆周运动？超链接[提示]当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于静止状态或做匀速直线运动。当带电粒子所受的重力与电场力大小相等，方向相反时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内将做匀速圆周运动。

2．复合场中带电粒子在重力、电场力(为恒力时)、洛伦兹力三个力作用下能做匀变速直线运动吗？

[提示]不能，因为重力和电场力为恒力，而洛伦兹力随速度的增加而增加，故三力的合力一定发生变化。带电粒子不能做匀变速直线运动。[记一记]1．复合场复合场是指电场、

和重力场并存，或其中某两场并存，或分区域存在。从场的复合形式上一般可分为如下四种情况：①相邻场；②重叠场；③交替场；④交变场。

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为零时，将处于静止状态或做

。磁场匀速直线运动(2)匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小

，方向

时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做

运动。

(3)较复杂的曲线运动当带电粒子所受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

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。

(4)分阶段运动带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域，其运动情况随区域发生变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成。相等相反匀速圆周非匀[试一试]1.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()图8－3－1A．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解析：比较Eq与Bqv，因二者开始时方向相反，当二者相等时，A正确；当Eq＞Bqv时，向电场力方向偏，当Eq＜Bqv时，向洛伦兹力方向偏，B、C正确；有电场力存在，粒子不可能做匀速圆周运动，D错。答案：ABC带电粒子在复合场中运动的应用实例[想一想]速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计在正常工作达到稳定后，带电粒子的受力有什么共同特征？

[提示]电场力与洛伦兹力受力平衡。超链接[记一记]匀速直线qv0Bv0BdqvB[试一试]2.为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图8－3－2所示的流量计。该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口。在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极。污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是()图8－3－2A．若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高B．若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高C．污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大D．污水流量Q与U成正比，与a、b无关答案：D带电粒子在相邻复合场中的运动“电偏转”和“磁偏转”的比较FE＝qE，FE大小、方向不变，为恒力FB＝qv0B大小不变，方向总指向圆心，方向变化，FB为变力受力情景图垂直进入电场(电偏转)垂直进入磁场(磁偏转)垂直进入磁场(磁偏转)垂直进入电场(电偏转)运动规律运动时间动能不变变化[例1](2012·湖北省部分重点中学联考)如图8－3－3所示，真空室内竖直条形区域Ⅰ存在垂直纸面向外的匀强磁场，条形区域Ⅱ(含Ⅰ、Ⅱ区域分界面)存在水平向右的匀强电场，电场强度为E，磁场和电场宽度均为L且足够长，M、N为涂有荧光物质的竖直板。现有一束质子从A处连续不断地射入磁场，入射方向与M板成60°夹角且与纸面平行，质子束由两部分组成，一部分为速度大小为v的低速质子，另一部分为速度大小为3v的高速质子，当Ⅰ区中磁场较强时，M板出现两个亮斑，缓慢改变磁场强弱，直至亮斑相继消失为止，此时观察到N板有两个亮斑。已知质子质量为m，电量为e，不计质子重力和相互作用力，求：图8－3－3(1)此时Ⅰ区的磁感应强度；(2)到达N板下方亮斑的质子在磁场中运动的时间；(3)N板两个亮斑之间的距离。[审题汇指导]第一醉步：斯抓关开键点低速辛粒子炉轨迹罗刚好集与两昏场交蛮界相庭切磁场芒减弱扶，亮蝴斑消减失为捏止带电跟粒子里做圆攀周运盖动的歉半径岔较小港未进猫入右傲侧电砖场区膝域，桑最后惰都打张到M板上磁场奶较强谁时，蕉出现秘两个雾亮斑带电堆粒子奋垂直她射入叫磁场入射录方向菠与纸乘面平忽行获取尼信息关键农点第二猪步：谈找突尝破口(1障)要求Ⅰ区磁乖感应恋强度→应利踢用低貌速粒蒜子运归动来浪求。(2龄)到达N板下那方质铁子→应为邀低速刮粒子壶。(3坑)要求艘两个环亮斑戒间的汽距离→应根种据圆液周运叼动与偷类平读抛运编动规腔律求睁解。解决肠带电咳粒子株在组醉合场吩中运虑动问里题的养思路索方法带电摊粒子棒在叠浇加复崖合场丙的运来动1.是否治考虑矩粒子喊重力(1的)对于态微观恳粒子胳，如岂电子餐、质即子、烦离子垂等，猴因为闸其重桌力一鹊般情弹况下骑与电橡场力上或磁功场力达相比怎太小餐，可筛以忽台略；焰而对详于一悠些实逗际物立体，接如带互电小细球、不液滴鉴、尘左埃等踪蝶一般畜应当偿考虑读其重两力。(2宗)在题队目中间有明真确说膀明是矿否要容考虑财重力军的，招按题只目要靠求处虚理。(3港)不能旋直接痒判断买是否踪蝶要考息虑重酿力的川，在稼进行扫受力斥分析告与运代动分炕析时辟，要站结合仰运动民状态昼确定愤是否挠要考户虑重赠力。2．分制析方择法(1润)弄清狗复合范场的节组成旨。如软磁场布、电耕场的乎复合齐，磁哈场、聋重力活场的磨复合劫，磁发场、暑电场衬、重汉力场滤三者湾的复柳合等就。(2域)正确脉受力谣分析烛，除端重力穗、弹沟力、嫌摩擦倾力外图要特确别注锤意静甲电力晃和磁瞎场力处的分节析。(3阁)确定易带电激粒子叫的运摄动状晃态，版注意贷运动武情况谎和受虚力情矿况的址结合宏。(4垒)对于洁粒子圆连续就通过胁几个霉不同膀区域现、不炸同种岭类的葡场时竹，要坛分阶刚段进刘行处储理。(5萝)画出栽粒子袖运动旋轨迹南，灵规活选歉择不育同的舍运动肤规律制。①当木带电券粒子兄在复币合场满中做犯匀速劣直线窜运动状时，斯根据师受力增平衡殊列方耽程求迷解。②当设带电辨粒子腿在复帝合场便中做绕匀速搬圆周剖运动铃时，蛋应用焦牛顿漏定律崇结合侨圆周奥运动步规律香求解叠。③当天带电幸粒子连做复安杂曲权线运碎动时心，一消般用煎动能标定理界或能抛量守榴恒定进律求弹解。(6告)对于剥临界封问题念，注陕意挖是掘隐死含条抵件。图8－3－4(1欧)小球例带何距种电竖荷？(2逐)小球覆在半址圆轨燃道部薯分克淘服摩度擦力念所做萍的功影；(3据)小球亡从F点飞糕出时悔磁场吓同时些消失晚，小想球离赛开F点后循的运挖动轨印迹与标直线AC(或延厅长线)的交佣点为G点(未标古出)，求G点到D点的野距离茎。[尝试梳解题](1忽)依题浴意可厦知小鹅球在CD间做卧匀速闷直线喊运动毅，在CD段受删重力倍、电特场力秋、洛掉伦兹薪力且滤合力替为0，因干此带暑电小略球应转带正沿电荷税。[答案]见解心析带电破粒子秘在复迹合场庄中运般动的普综合招分析这类友问题赌综合害了带藏电粒膜子在汁电场摄和磁薄场组爪成的合复合钻场中嗽的匀积速直进线运铁动、村电场材中的虾类平能抛运鼠动、眉磁场钳中的题匀速惰圆周经运动锐三个巧方面坚。(1丽)在电羽场和捎磁场锄组成孔的复喇合场牙中做云匀速犁直线烦运动王时，索符合堤二力县平衡去：qE＝qvB。(2跑)若撤昨去磁搜场，枝带电袖粒子含在电饭场中基做类预平抛吃运动肠，应查用运阴动的胞合成舟与分徒解的壶方法证分析神。超链烟接图8－3－5第一间步：警审题米干，嘴抓关婶键信葵息可确月定类疏平抛崖运动石的轨佣迹及库其分奇位移⑤改为余电场退则带束电粒吊子做哄类平滔抛运俘动④通过蜘几何东关系底可确糕定bc的长村度，岂进而溜确定凶带电蚕粒子码做圆求周运天动的立半径③入射及速度蛾方向脉与出为射速淡度方瞧向垂蝇直②电场散或磁孩场存况在于彩圆形仍区域烤内①获取泛信息关键乱点第三皇步：呈三定楚位，迁将解算题过回程步锤骤化第四就步：怎求规谢范，全步骤消严谨慈不失太分图8－3－6——安[学生纸易犯鸽错误]—界——涂——疲——骗——疫——苏——攻——(2恐)在寻客找几不何关劲系时冻，易傅画成a、O、b在同逼一条下直线哈上，敲而使及②中员的关找系不进能得奸出，董造成枯后面浴的求械解无啊法进徐行。[随堂我巩固盟落实]1．(2声01伴2·福州寒质检)如图8－3－7所示锦，在平网行线MN、PQ之间之存在晌竖直削向上的丘匀强棚电场届和垂屡直纸肠面的割磁场(未画出)，磁扫场的范磁感扩应强寻度从俯左到积右逐器渐增懂大。齿一带镇电微长粒进周入该矮区域辅时，慈由于遵受到恐空气昏阻力座作用皆，恰队好能彻沿水窃平直倘线OO′通过屯该区隔域。扁带电简微粒升所受世的重什力忽迎略不赚计，险运动借过程节带电墨量不炒变。嫌下列控判断五正确洋的是()图8－3－7A．微慰粒从提左到戏右运透动，签磁场颈方向亭向里B．微乱粒从沸左到构右运吹动，夕磁场他方向龟向外C．微狂粒从腊右到阀左运秒动，咽磁场耳方向镜向里D．微芽粒从裳右到撞左运软动，置磁场耕方向贡向外解析撑：由锄微粒脊恰好痰能沿门水平栏直线OO′通过吵该区墓域说荡明洛屠伦兹污力qvB与电耗场力qE平衡你，微丘粒受约到空顶气阻渐力作猎用，准速度雁逐渐程减小早，沿凭运动惯方向糕磁场欢的磁炸感应胶强度英必须蜡逐渐渣增大厦。因栏此微搞粒从继左到票右运危动；席磁场泄方向勤向外盗，选烟项B正确亡。答案姐：B2．(2岂01炎2·海南画高考)如图8－3－8，在结两水够平极泊板间存恳在匀帅强电越场和讽匀强赶磁场宽，电稿场方德向竖睛直向下娃，磁馋场方惩向垂步直于储纸面哑向里鹅。一锁带电挑粒子业以某当一速佛度沿夜水平紧直线琴通过染两极馆板。荷若不况计重沉力，述下列授四个贪物理剂量中足哪一贸个改麦变时批，粒究子运何动轨暑迹不夏会改耀变()A．粒代子速线度的阻大小B．粒叹子所扣带电喝荷量C．电坝场强扒度D．磁翁感应愉强度解析勤：带埋电粒访子以妖某一乡丰速度捡沿水闹平直根线通撇过两杠极板火，有qvB＝qE。所桂以粒眨子所古带电扭荷量荷改变滚，粒拨子运流动轨鲜迹不膏会改唤变，方选项B正确驳。图8－3－8答案利：B3.如图8－3－9所示钉，一拣块通霸电金灵属板浑放在磁场训中，剃板面赞与磁圣场垂铜直，类板内玩通有书如图所唤示方说向的泉电流励，a、b是金核属板剩左、右边属缘上泪的两递点，售若a、b两点赏的电治势分别为φa和φb，两盼点的涝电势泡相比这有()A．φa＝φbB．φa>φbC．φa<φbD．无错法确桃定解析透：由嗽左手驰定则己知，燃金属川板内院向下拿运动避的自逼由电验子必裹受向世左的找洛伦朽兹力影作用摸，故熔最后句金属爷板的导左侧盾面聚零集自艰由电盟子，破电势堵低；犬右侧茫面聚猜集正伤电荷吩，电泄势高煌，即φa<φb。答案财：C图8－3－94．(2荷01肢3·安徽泉皖南熔八校残联考)带电葵小球盗以一祥定的代初速膜度v0竖直嚼向上炭抛出作，能铲够达举到的艺最大蚁高度陪为h1；若搏加上刷水平旁方向标的匀讽强磁钉场，辉且保舅持初晴速度沉仍为v0，小注球上就升的辛最大诵高度缸为h2；若监加上与水平令方向渡的匀都强电向场，碗且保麦持初凤速度久仍为v0，小伴球上辈升的萌最大乐高度显为h3，如覆图8－3－10所示象。不睁计空骂气阻薯力，未则()图8－3－10A．h1＝h2＝h3B．h1>h2>h3C．h1＝h2>h3D．h1＝h3>h2答案棉：D5.如图8－3－11所示片，宽密度为l＝0.荒8漏m的某一捡区域葡存在匹相互晌垂直励的匀逃强电构场E与匀找强磁倡场B，其姥大小E＝2×涂108N/C，B＝10报T。一垃带正销电荷厕的粒么子以某一喘初速岔度由M点垂附直电哥场和也磁场套方向卷射入品，沿拣直线前运动棚，从N点离占开；短若只搬撤去诱磁场糠，则放粒子娘从P点射镜出且看速度敬方向奇发生貌了45觉°的偏苹转，剧求粒虹子的角比荷(不计养粒子拣的重英力)。图8－3－11答案燥：2.伏5×覆106C/乔kg课时介跟踪右检测见“课时滑跟踪检测化（三叼十一浅）”课时伤跟踪蛋检测见“课时夏跟踪检测氏（三末十二咐）”（给柜有能辫力的户学生乞加餐计）1.如图1为一“滤速瞎器”装置慰的示描意图揪，a、b为水漂平放甩置的耻平行警金属注板，劣一束沈具有各兔种不扩同速口率的伴电子固沿水忆平方询向经小隙孔O进入a、b两板合之间尚。为优了选捏取具斩有某锅种特淡定速缎率的址电子饥，可光在a、b间加控上电乐压，蚂并沿毙垂直摸于纸琴面的贸方向西加一未匀强名磁场梦，使遣所选狐电子谦仍能惹沿水鲜平直抽线OO′运动玩，由O′射出拢。不质计重坏力作灵用。关可能宾达到直上述终目的独的办俯法是()图1A．使a板电糟势高优于b板，颗磁场韵方向就垂直山纸面界向里B．使a板电只势低易于b板，鉴磁场煮方向净垂直加纸面元向里C．使a板电缘瑞势高扮于b板，袭磁场邮方向蝴垂直特纸面精向外D．使a板电祸势低屑于b板，介磁场遣方向糊垂直椅纸面吹向外解析典：电叫子能服沿水屠平直携线运偏动，煮则电灿子所形受的笔电场跑力与梳洛伦美兹力芹大小俘相等乔方向牙相反降，当a板电翼势高悄于b板时旋，根凑据左银手定匆则判喉断，舰磁场删方向放应垂隆直纸江面向侮里，缝所以A正确C错误鸽；当a板电戴势低牧于b板时级，根交据左糟手定射则判海断，心磁场孤方向剖应垂倦直纸吹面向膛外，板所以D正确B错误峰。答案味：AD2.利用斑霍尔壳效应铸制作臣的霍隆尔元谁件，绸广泛物应用窄于测发量和是自动控析制等片领域伶。如捆图2是霍耳尔元申件的励工作幻玉原理羊示意流图，率磁感讯应强瞎度B垂直析于霍渠尔元州件的丑工作殊面向地下，膝通入哈图示义方向卵的电塘流I，C、D两侧判面会量形成育电势肃差UCD。下吊列说巧法中写正确踏的是()A．电谈势差UCD仅与伍材料竭有关B．若革霍尔梢元件授的载绿流子绘是自宁由电厦子，则电俘势差UCD<0C．仅械增大撞磁感摸应强汗度时蓝，电凶势差UCD变大D．在践测定似地球让赤道亩上方能的地丘磁场厉强弱哀时，唤元件宁的工作面绪应保馆持水您平图2答案湿：BC图3A．一疤定是W1＝W2B．一泡定是W1>W2C．一肺定是W1<W2D．可诉能是W1>W2,也可列能是W1<W2解析按：无寒论粒苍子带拆何种狗电荷杰，电沫场力蛙和洛拉伦兹干力的度方向击总是库相反束的，考因此天，把拒电场删和磁蛮场正斑交叠晶加时析，粒欺子在角电场甩力方啊向上嫩的位倡移减世小了酱，电舞场力光做的剥功比诸原来夺小了副，即W2<W1，B项正装确。答案北：B4．(2埋01缝2·广东驱模拟)如图4所示亦，将荐一束等离医子体摧喷射皮入磁坡场，别在场探中有烈两块金震属板A、B，这圈时金皂属板版上就逗会聚集毅电荷盯，产扒生电笑压。屯如果完射入免的等离蛮子体瓣速度控均为v，两醒金属兰板的紧板长播为L，板歼间距俯离为d，板啦平面县的面棵积为S，匀瞒强磁俗场的坐磁感熟应强萍度为B，方接向垂瓣直于塞速度睁方向广，负疾载电肝阻为R，电以离气毙体充鲜满两到板间录