2016高考物理总复习-第9章-第3课时-带电粒子在复合场中的运动ppt课件.ppt

第第3课时带电粒子在复合场中的运动课时带电粒子在复合场中的运动【导导学学目目标标】1.能能分分析析计计算算带带电电粒粒子子在在复复合合场场中中的的运运动动.2.能能够够解解决决速速度度选选择择器器、磁磁流流体体发发电电机机、电电磁磁流流量量计计等等磁磁场场在生活和科技方面的应用问题在生活和科技方面的应用问题一、复合场一、复合场知识梳理知识梳理1复合场复合场(1)叠叠加加场场：电电场场、_、重重力力场场共共存存，或或其其中中某某两两场共存场共存(2)组组合合场场：电电场场与与磁磁场场各各位位于于一一定定的的区区域域内内，并并不不重重叠叠或在同一区域，电场、磁场或在同一区域，电场、磁场_出现出现磁场磁场交替交替2三种场的比较三种场的比较名称名称项目项目力的特点力的特点功和能的特点功和能的特点重力场重力场大小：大小：G_方向：方向：_重力做功与重力做功与_无关无关重力做功改变物体的重力做功改变物体的_静电场静电场大小：大小：F_方向：方向：a.正电荷受力方向与场正电荷受力方向与场强方向强方向_b负电荷受力方向与场强方负电荷受力方向与场强方向向_电场力做功与电场力做功与_无关无关W_电场力做功改变电场力做功改变_磁场磁场洛伦兹力洛伦兹力f_方向可用方向可用_定则判断定则判断洛伦兹力不做功，不改变带电粒洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的子的_mg竖直向下竖直向下路径路径重力势能重力势能qE相同相同相反相反路径路径qU电势能电势能qvB左手左手动能动能【答案】【答案】(1)静止或匀速直线运动静止或匀速直线运动当当带带电电粒粒子子在在叠叠加加场场中中所所受受合合外外力力为为零零时时，将将处处于于静静止止状状态或做匀速直线运动态或做匀速直线运动(2)匀速圆周运动匀速圆周运动当当带带电电粒粒子子所所受受的的重重力力与与电电场场力力大大小小相相等等，方方向向相相反反时时，带带电电粒粒子子在在洛洛伦伦兹兹力力的的作作用用下下，在在垂垂直直于于匀匀强强磁磁场场的的平平面面内内将将做匀速圆周运动做匀速圆周运动2复复合合场场中中带带电电粒粒子子在在重重力力、电电场场力力(为为恒恒力力时时)、洛洛伦伦兹力三个力作用下能做匀变速直线运动吗？兹力三个力作用下能做匀变速直线运动吗？【答答案案】不不能能只只要要v发发生生改改变变，洛洛伦伦兹兹力力就就要要发发生生变变化化，使粒子所受合力发生变化，故而不能做匀变速直线运动使粒子所受合力发生变化，故而不能做匀变速直线运动二、带电粒子在复合场中运动的应用实例二、带电粒子在复合场中运动的应用实例知识梳理知识梳理1电视显像管电视显像管电电视视显显像像管管是是应应用用电电子子束束_(填填“电电偏偏转转”或或“磁磁偏偏转转”)的的原原理理来来工工作作的的，使使电电子子束束偏偏转转的的_(填填“电电场场”或或“磁磁场场”)是是由由两两对对偏偏转转线线圈圈产产生生的的显显像像管管工工作作时时，由由_发发射射电电子子束束，利利用用磁磁场场来来使使电电子子束束偏偏转转，实实现现电电视视技技术中的术中的_，使整个荧光屏都在发光，使整个荧光屏都在发光磁偏转磁偏转磁场磁场阴极阴极扫描扫描 2速度选择器速度选择器(如图如图1所示所示)图图1(1)平平行行板板中中电电场场强强度度E和和磁磁感感应应强强度度B互互相相_这这种种装装置置能能把把具具有有一一定定_的的粒粒子子选选择择出出来来，所所以以叫叫作作速速度度选择器选择器(2)带带电电粒粒子子能能够够沿沿直直线线匀匀速速通通过过速速度度选选择择器器的的条条件件是是qEqvB，即，即v_.垂直垂直速度速度内能内能正极正极BLv非磁性材料非磁性材料qE磁场方向磁场方向电势差电势差【考点解读】【考点解读】1带电粒子在叠加场中无约束情况下的运动情况分类带电粒子在叠加场中无约束情况下的运动情况分类(1)磁场力、重力并存磁场力、重力并存若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动若若重重力力和和洛洛伦伦兹兹力力不不平平衡衡，则则带带电电体体将将做做复复杂杂的的曲曲线线运运动，因洛伦兹力不做功，故机械能守恒，由此可求解问题动，因洛伦兹力不做功，故机械能守恒，由此可求解问题考点一带电粒子在叠加场中的运动考点一带电粒子在叠加场中的运动(2)电场力、磁场力并存电场力、磁场力并存(不计重力的微观粒子不计重力的微观粒子)若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动若若电电场场力力和和洛洛伦伦兹兹力力不不平平衡衡，则则带带电电体体将将做做复复杂杂的的曲曲线线运动，因洛伦兹力不做功，可用动能定理求解问题运动，因洛伦兹力不做功，可用动能定理求解问题(3)电场力、磁场力、重力并存电场力、磁场力、重力并存若三力平衡，一定做匀速直线运动若三力平衡，一定做匀速直线运动若重力与电场力平衡，一定做匀速圆周运动若重力与电场力平衡，一定做匀速圆周运动若若合合力力不不为为零零且且与与速速度度方方向向不不垂垂直直，将将做做复复杂杂的的曲曲线线运运动，因洛伦兹力不做功，可用能量守恒或动能定理求解问题动，因洛伦兹力不做功，可用能量守恒或动能定理求解问题2带电粒子在复合场中有约束情况下的运动带电粒子在复合场中有约束情况下的运动带带电电体体在在复复合合场场中中受受轻轻杆杆、轻轻绳绳、圆圆环环、轨轨道道等等约约束束的的情情况况下下，常常见见的的运运动动形形式式有有直直线线运运动动和和圆圆周周运运动动，此此时时解解题题要要通通过过受受力力分分析析明明确确变变力力、恒恒力力做做功功情情况况，并并注注意意洛洛伦伦兹兹力力不不做做功功的的特特点点，运运用用动动能能定定理理、能能量量守守恒恒定定律律结结合合牛牛顿顿运运动动定定律律求求出出结果结果【典例剖析】【典例剖析】例例1如如图图5所所示示，与与水水平平面面成成37的的倾倾斜斜轨轨道道AC，其其延延长长线线在在D点点与与半半圆圆轨轨道道DF相相切切，全全部部轨轨道道为为绝绝缘缘材材料料制制成成且且位位于于竖竖直直面面内内，整整个个空空间间存存在在水水平平向向左左的的匀匀强强电电场场，MN的的右右侧侧存存在在垂垂直直纸纸面面向向里里的的匀匀强强磁磁场场(C点点处处于于MN边边界界上上)一一质质量量为为0.4 kg的的带带电电小小球球沿沿轨轨道道AC下下滑滑，至至C点点时时速速度度为为vC m/s，接接着着沿沿直直线线CD运运动动到到D处处进进入入半半圆圆轨轨道道，进进入入时时无无动动能能损损失失，且且恰恰好好能能通通过过F点点，在在F点点速速度度为为vF4 m/s(不不计计空空气气阻阻力力，g10 m/s2，cos 370.8)求：求：图图5(1)小球带何种电荷？小球带何种电荷？(2)小球在半圆轨道部分克服摩擦力所做的功；小球在半圆轨道部分克服摩擦力所做的功；(3)小小球球从从F点点飞飞出出时时磁磁场场同同时时消消失失，小小球球离离开开F点点后后的的运运动动轨轨迹迹与与直直线线AC(或或延延长长线线)的的交交点点为为G点点(未未标标出出)，求求G点点到到D点的距离点的距离方法提炼方法提炼1带电粒子在复合场中运动的分析方法带电粒子在复合场中运动的分析方法(1)弄清复合场的组成弄清复合场的组成(2)进行受力分析进行受力分析(3)确确定定带带电电粒粒子子的的运运动动状状态态，注注意意运运动动情情况况和和受受力力情情况况的结合的结合(4)对对于于粒粒子子连连续续通通过过几几个个不不同同种种类类的的场场时时，要要分分阶阶段段进进行处理行处理(5)画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律当当带带电电粒粒子子在在复复合合场场中中做做匀匀速速直直线线运运动动时时，根根据据受受力力平平衡列方程求解衡列方程求解当当带带电电粒粒子子在在复复合合场场中中做做匀匀速速圆圆周周运运动动时时，应应用用牛牛顿顿定定律结合圆周运动规律求解律结合圆周运动规律求解当当带带电电粒粒子子做做复复杂杂曲曲线线运运动动时时，一一般般用用动动能能定定理理或或能能量量守恒定律求解守恒定律求解对于临界问题，注意挖掘隐含条件对于临界问题，注意挖掘隐含条件2带电粒子带电粒子(体体)在复合场中的运动问题求解要点在复合场中的运动问题求解要点(1)受力分析是基础受力分析是基础(2)运动过程分析是关键运动过程分析是关键(3)根根据据不不同同的的运运动动过过程程及及物物理理模模型型选选择择合合适适的的物物理理规规律律列方程求解列方程求解(1)带电粒子所带电量如何？带电粒子所带电量如何？(2)UAB为多大时粒子擦上板边沿飞出？为多大时粒子擦上板边沿飞出？(3)如如UAB1 000 V，试试通通过过加加一一垂垂直直纸纸面面的的一一个个匀匀强强磁磁场场，其其大大小小及及方方向向应应如如何何也也可可让让粒粒子子擦擦上上板板边边沿沿飞飞出出？(g10 m/s2)【考点解读】【考点解读】1近近几几年年各各省省市市的的高高考考题题在在这这里里的的命命题题情情景景大大都都是是组组合合场场模模型型，或或是是一一个个电电场场与与一一个个磁磁场场相相邻邻，或或是是两两个个或或多多个个磁磁场场相邻相邻2解解题题时时要要弄弄清清楚楚场场的的性性质质、场场的的方方向向、强强弱弱、范范围围等等3要进行正确的受力分析，确定带电粒子的运动状态要进行正确的受力分析，确定带电粒子的运动状态4分分析析带带电电粒粒子子的的运运动动过过程程，画画出出运运动动轨轨迹迹是是解解题题的的关关键键考点二带电粒子在组合场中的运动考点二带电粒子在组合场中的运动【典例剖析】【典例剖析】例例2如如图图7所所示示，在在直直角角坐坐标标系系的的第第象象限限和和第第象象限限存存在在着着电电场场强强度度均均为为E的的匀匀强强电电场场，其其中中第第象象限限电电场场沿沿x轴轴正正方方向向，第第象象限限电电场场沿沿y轴轴负负方方向向在在第第象象限限和和第第象象限限存存在在着着磁磁感感应应强强度度均均为为B的的匀匀强强磁磁场场，磁磁场场方方向向均均垂垂直直纸纸面面向向里里有有一一个个电电子子从从y轴轴的的P点点以以垂垂直直于于y轴轴的的初初速速度度v0进进入入第第象象限限，第第一一次次到到达达x轴轴上上时时速速度度方方向向与与x轴轴负负方方向向夹夹角角为为45，第第一一次次进进入入第第象象限限时时，与与y轴轴负负方方向向夹夹角角也也是是45，经经过过一一段段时时间间电电子子又又回回到到了了P点点，进进行行周周期期性性运运动动已已知知电电子子的的电电荷荷量量为为e，质质量量为为m，不考虑重力和空气阻力求：，不考虑重力和空气阻力求：方法提炼方法提炼解决带电粒子在组合场中运动问题的思路方法解决带电粒子在组合场中运动问题的思路方法跟跟踪踪训训练练2(2013揭揭阳阳一一模模)如如图图8所所示示，在在xOy平平面面内内y0的的区区域域存存在在电电场场与与磁磁场场，ON为为电电场场与与磁磁场场的的分分界界线线，ON与与y轴轴的的夹夹角角为为45，电电场场强强度度大大小小为为32 N/C，磁磁感感应应强强度度大大小小为为0.1 T，一一质质量量为为m11024kg、带带电电荷荷量量为为 q51018 C的的正正粒粒子子从从O点点沿沿x轴轴负负方方向向以以速速度度v02103 m/s射射入入磁磁场场，不计粒子重力，求：不计粒子重力，求：(1)粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径；粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径；(2)粒子在磁场中运动的时间；粒子在磁场中运动的时间；(3)粒子最终穿过粒子最终穿过x轴时离轴时离O点的距离点的距离【答案】【答案】见解析见解析例例3为为监监测测某某化化工工厂厂的的污污水水排排放放量量，技技术术人人员员在在该该厂厂的的排排污污管管末末端端安安装装了了如如图图9所所示示的的流流量量计计该该装装置置由由绝绝缘缘材材料料制制成成，长长、宽宽、高高分分别别为为a、b、c，左左右右两两端端开开口口在在垂垂直直于于上上下下底底面面方方向向加加磁磁感感应应强强度度大大小小为为B的的匀匀强强磁磁场场，在在前前后后两两个个内内侧侧面面分分别别固固定定有有金金属属板板作作为为电电极极污污水水充充满满管管口口从从左左向向右右流流经经该该装装置置时时，电电压压表表将将显显示示两两个个电电极极间间的的电电压压U.若若用用Q表表示示污污水水流流量量(单单位位时时间间内内排排出出的的污污水水体体积积)，下下列列说说法法中中正正确确的的是是()10.10.带电粒子在复合场中的实际应用模型带电粒子在复合场中的实际应用模型方法提炼方法提炼1无无论论是是速速度度选选择择器器、回回旋旋加加速速器器，还还是是质质谱谱仪仪、电电磁磁流流量量计计，其其实实质质都都是是带带电电粒粒子子在在电电磁磁场场中中的的运运动动，只只是是运运动动过过程较复杂而已程较复杂而已2这这些些实实用用模模型型问问题题的的本本质质还还是是力力学学问问题题，要要从从受受力力和和运动两方面去分析运动两方面去分析3解解题题思思路路主主要要有有：(1)力力和和运运动动的的关关系系根根据据带带电电体体所所受受的的力力，运运用用牛牛顿顿第第二二定定律律并并结结合合运运动动学学规规律律求求解解(2)功功能能关关系系根根据据场场力力及及其其他他外外力力对对带带电电粒粒子子做做功功引引起起的的能能量量变变化化或或全全过过程程中中的的功功能能关关系系解解决决问问题题，这这条条线线索索不不但但适适用用于于均均匀匀场场，也适用于非均匀场，因此要熟悉各种力做功的特点也适用于非均匀场，因此要熟悉各种力做功的特点跟跟踪踪训训练练3如如图图10所所示示是是质质谱谱仪仪工工作作原原理理的的示示意意图图，带带电电粒粒子子a、b经经电电压压U加加速速(在在A点点初初速速度度为为0)后后，进进入入磁磁感感应应强强度度为为B的的匀匀强强磁磁场场做做匀匀速速圆圆周周运运动动，最最后后分分别别打打在在感感光光板板S上上的的x1、x2处处图图中中半半圆圆形形的的虚虚线线分分别别表表示示带带电电粒粒子子a、b所所通通过过的的路径，则路径，则()Aa的质量一定大于的质量一定大于b的质量的质量Ba的电荷量一定大于的电荷量一定大于b的电荷量的电荷量Ca运动的时间大于运动的时间大于b运动的时间运动的时间Da的荷质比大于的荷质比大于b的荷质比的荷质比【答案】【答案】D