第八章第3单元带电粒子在复合场中的运动.ppt

《第八章第3单元带电粒子在复合场中的运动.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第八章第3单元带电粒子在复合场中的运动.ppt（71页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、返回返回2三种场的比较三种场的比较返回返回返回3带电粒子在复合场中的运动轨迹：（1）若粒子所受合外力为零或合外力在粒子运动的方向上，粒子做_ 直线直线 _运动。（2）若粒子所受合外力大小不变，方向始终与粒子的运动方向垂直，粒子做_ 匀速圆周匀速圆周_运动。（3）若粒子所受合外力与速度既不平行也不垂直，粒子做_ 曲线曲线_运动。4.解决带电粒子在复合场中运动的基本方法:动力学观点；能量观点。返回应用升级应用升级1.地球大气层外部有一层复杂的电离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场。假设某时刻在该空间中有一小

2、 区域存在如图区域存在如图831所示的电场和所示的电场和 图图831 磁场；电场的方向在纸面内斜向左下方，磁场的方向磁场；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垂直纸面向里。此时一带电宇宙粒子恰以速度v垂直垂直返回于电场和磁场射入该区域，不计重力作用，则在该区域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中，有关该带电粒子的运动情况可能的是 ()A仍做直线运动仍做直线运动 B立即向左下方偏转立即向左下方偏转C立即向右上方偏转立即向右上方偏转 D可能做匀速圆周运动可能做匀速圆周运动返回解析：解析：比较比较Eq与与

3、Bqv，因二者开始时方向相反，当二者相，因二者开始时方向相反，当二者相等时，等时，A正确；当正确；当EqBqv时，向电场力方向偏，当时，向电场力方向偏，当EqBqv时，向洛伦兹力方向偏，时，向洛伦兹力方向偏，B、C正确，有电场力存在，正确，有电场力存在，粒子不可能做匀速圆周运动，粒子不可能做匀速圆周运动，D错错答案：答案：ABC返回例1：如图所示，两块水平放置的金属板长L=1.40m，间距为d=0.30m。两板间有B=1.25T，方向垂直纸面向里的匀强磁场。两板电势差U=1.5103v，上板电势高。当t=0时，质量m=2.0010-15kg，电量q=1.0010-10C的正粒子，以速度V=4.

4、00103m/s从两板中央水平射入。不计重力，试分析：粒子在两板间如何运动？粒子在两板间的运动时间是多少？返回解：电场力 F=qE=q =510-7 N（竖直向下）洛伦兹力 F=Bqv=510-7 N（竖直向上）即 粒子所受两力平衡 所以，粒子应该做匀速直线运动。运动的时间 t=3.510-4s 返回例例1 1如图，在竖直平面内有一个正交的匀强电场和匀强磁场，磁如图，在竖直平面内有一个正交的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度为感应强度为1T1T，电场强度为，电场强度为10 10 N/CN/C，一个带正电的微粒，一个带正电的微粒，q=210q=210-6-6C C，质量，质量m=210m=210-6

5、-6，在这正交的电场的磁场内恰好做匀，在这正交的电场的磁场内恰好做匀速直线运动，则带电粒子运动的速度大小多大？方向如何？速直线运动，则带电粒子运动的速度大小多大？方向如何？mgmgmg=2mg=21010-5-5N NF=qE做匀速直线运动F合=0f=qvBvv=410-5/qB=20m/stan=qE/mg=60速度方向与电场强度方向成速度方向与电场强度方向成=60=60角度角度返回例例2 2 如图，水平放置的平行金属板如图，水平放置的平行金属板A A带正电，带正电，B B带负电，带负电，A A、B B间距离间距离为为d d，匀强电场的场强为，匀强电场的场强为E E，匀强磁场的磁感应强度为，

6、匀强磁场的磁感应强度为B B，方向垂直，方向垂直纸面向里，今有一带电粒子纸面向里，今有一带电粒子A A、B B间竖直平面内做半径为间竖直平面内做半径为R R的匀速圆的匀速圆运动，则带电粒子的转动方向为顺时针还是逆时针，速率是多少？运动，则带电粒子的转动方向为顺时针还是逆时针，速率是多少？是否考虑重力？是否考虑重力？qEf=qvB匀速圆周运动的条件匀速圆周运动的条件匀速圆周运动的条件匀速圆周运动的条件：F合合=F向向mgF合合=f=qvB=F向向带负电qE=mgv转动方向为顺时针qvB=mv2/Rv=qBR/mm=qE/gv=BRg/E返回【例与练例与练】如图所示，一个质量为如图所示，一个质量为

7、m2.010-11kg，电，电荷量荷量 q1.010-5C 的带电微粒的带电微粒(重力忽略不计重力忽略不计)，从静，从静止开始经止开始经 U1100V 电压加速后，水平进入两平行金属电压加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场，偏转电场的电压板间的偏转电场，偏转电场的电压 U2100V金属板金属板长长L20cm，两板间距，两板间距 。求：求：(1)微粒进入偏转电场时的速度微粒进入偏转电场时的速度 v0 的大小；的大小；(2)微粒射出偏转电场时的偏转角微粒射出偏转电场时的偏转角；(3)若该匀强磁场的宽度为若该匀强磁场的宽度为D10cm，为使微粒不会由，为使微粒不会由磁场右边射出，该匀强磁场的磁感

8、应强度磁场右边射出，该匀强磁场的磁感应强度B至少多大？至少多大？解析解析（1）由动能定理得：）由动能定理得：返回（2）微粒在偏转电场中做类平抛运动，有：微粒在偏转电场中做类平抛运动，有：（3）进入磁场时微粒的速度是：进入磁场时微粒的速度是：轨迹如图所示轨迹如图所示由几何关系有：由几何关系有：洛伦兹力提供向心力有：洛伦兹力提供向心力有：由以上各式可求得：由以上各式可求得：返回返回图图828返回返回返回返回应用升级应用升级 3.1930年劳伦斯制成了世界上第一台回年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图旋加速器，其原理如图8210所示所示，这台加速器由两个铜质，这台加速器由两个铜质D形盒形

9、盒D1、D2构成，其间留有空隙。下列说法正构成，其间留有空隙。下列说法正确的是确的是 ()图图8210A离子由加速器的中心附近进入加速器离子由加速器的中心附近进入加速器B离子由加速器的边缘进入加速器离子由加速器的边缘进入加速器C离子从磁场中获得能量离子从磁场中获得能量D离子从电场中获得能量离子从电场中获得能量返回解析：解析：离子应从加速器的中心进入加速器，磁场使离子离子应从加速器的中心进入加速器，磁场使离子偏转，电场使离子加速，故选偏转，电场使离子加速，故选A、D。答案：答案：AD返回返回返回返回返回返回 应用升级应用升级 2.为监测某化工厂的污水排放量，技为监测某化工厂的污水排放量，技 术人

10、员在该厂的排污管末端安装了术人员在该厂的排污管末端安装了 如图如图836所示的流量计。该装所示的流量计。该装 置由绝缘材料制成，长、宽、高分置由绝缘材料制成，长、宽、高分 图图836 别为别为a、b、c，左右两端开口。在垂直于上下底面方向，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加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面的匀强磁场，在前后两个内侧面返回分别固定有金属板作为电极。污水充满管口从左向右流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经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U。若用。若用Q表示污水流量表示污水流量(单位时间

11、内排出的污水体积单位时间内排出的污水体积)，下列说法中，下列说法中正确的是正确的是()返回A若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高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污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大D污水流量污水流量Q与与U成正比，与成正比，与a、b无关无关返回答案：答案：D返回典题例析典题例析例例1在平面直角坐标系在平面直角坐标系xOy中，第中，第象限存在沿象限存在沿y轴负方向的匀强电场，轴负方向的匀强电场，第第象限存在垂直于坐标平面向外的象限存在垂直

12、于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度为匀强磁场，磁感应强度为B。一质量。一质量为为m、电荷量为、电荷量为q的带正电的粒子从的带正电的粒子从y轴轴正半轴上的正半轴上的M点以速度点以速度v0垂直于垂直于y轴射入轴射入 图图837电场，经电场，经x轴上的轴上的N点与点与x轴正方向成轴正方向成60角射入磁场，角射入磁场，最后从最后从y轴负半轴上的轴负半轴上的P点垂直于点垂直于y轴射出磁场，如图轴射出磁场，如图837所示。不计粒子重力，求：所示。不计粒子重力，求：返回(1)M、N两点间的电势差两点间的电势差UMN；(2)粒子在磁场中运动的轨道半径粒子在磁场中运动的轨道半径r；(3)粒子从粒子从M点运动到

13、点运动到P点的总时间点的总时间t。思路点拨思路点拨根据粒子在不同区域内的运动特点和受力根据粒子在不同区域内的运动特点和受力特点画出轨迹，分别利用类平抛和圆周运动的分析方法特点画出轨迹，分别利用类平抛和圆周运动的分析方法列方程求解。列方程求解。返回返回返回返回返回(1)电子经过电子经过x轴负半轴的坐标和此时速度方向与轴负半轴的坐标和此时速度方向与x轴的方向的夹角；轴的方向的夹角；(2)电子再次经过电子再次经过y轴负半轴的坐标。轴负半轴的坐标。返回返回返回返回知识检索知识检索 分析带电粒子在复合场中的运动，解题的思路主要分析带电粒子在复合场中的运动，解题的思路主要有两条线索：有两条线索：(1)力和

14、运动的关系。根据带电粒子所受的力，运用牛顿力和运动的关系。根据带电粒子所受的力，运用牛顿 第二定律并结合运动学规律求解。第二定律并结合运动学规律求解。(2)功能关系。根据场力及其他外力对带电粒子做功引起功能关系。根据场力及其他外力对带电粒子做功引起 的能量变化或全过程中的功能关系解决问题。的能量变化或全过程中的功能关系解决问题。返回返回返回(2)油滴在油滴在P点得到的初速度大小。点得到的初速度大小。(3)油滴在第一象限运动的时间和离开第一象限处的坐标。油滴在第一象限运动的时间和离开第一象限处的坐标。审题指导审题指导解答本题应注意以下三点：解答本题应注意以下三点：(1)受力平衡，合外力为零；受力

15、平衡，合外力为零；(2)进入第一象限时受力情况、运动情况；进入第一象限时受力情况、运动情况；(3)画出油滴的运动轨迹。画出油滴的运动轨迹。返回返回返回返回返回拓展训练拓展训练2.如图如图8310所示，匀强电场场强所示，匀强电场场强 E4 V/m，方向水平向左，匀强磁，方向水平向左，匀强磁 场的磁感应强度场的磁感应强度B2 T，方向垂直，方向垂直 纸面向里，质量纸面向里，质量m1 kg的带正电小的带正电小 物体物体A，从，从M点沿绝缘粗糙的竖直墙点沿绝缘粗糙的竖直墙 图图8310 壁无初速度下滑，它滑行壁无初速度下滑，它滑行h0.8 m到到N点时脱离墙壁做点时脱离墙壁做 曲线运动，在通过曲线运动

16、，在通过P点瞬时点瞬时A受力平衡，此时其速度与受力平衡，此时其速度与返回水平方向成水平方向成45 角，且角，且P点与点与M点的高度差为点的高度差为H1.6 m，g取取10 m/s2。试求：。试求：(1)A沿墙壁下滑时，克服摩擦力做的功沿墙壁下滑时，克服摩擦力做的功Wf是多少？是多少？(2)P点与点与M点的水平距离点的水平距离s是多少？是多少？返回返回答案：答案：(1)6 J(2)0.6 m返回返回1(2012南昌模拟南昌模拟)如图如图8311为为 一一“滤速器滤速器”装置的示意图，装置的示意图，a、b 为水平放置的平行金属板，一束为水平放置的平行金属板，一束 具有各种不同速率的电子沿水平具有各

17、种不同速率的电子沿水平 图图8311 方向经小孔方向经小孔O进入进入a、b两板之间。为了选取具有某种特两板之间。为了选取具有某种特 定速率的电子，可在定速率的电子，可在a、b间加上电压，并沿垂直于纸面间加上电压，并沿垂直于纸面 的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能沿水平直线的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能沿水平直线OO 返回运动，由运动，由O射出。不计重力作用。可能达到上述目的的射出。不计重力作用。可能达到上述目的的办法是办法是 ()A使使a板电势高于板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向里板，磁场方向垂直纸面向里B使使a板电势低于板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里板，磁场方向垂直纸面向里C使使

18、a板电势高于板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向外板，磁场方向垂直纸面向外D使使a板电势低于板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外板，磁场方向垂直纸面向外返回解析：解析：电子能沿水平直线运动，则电子所受的电场力与洛电子能沿水平直线运动，则电子所受的电场力与洛伦兹力大小相等方向相反，当伦兹力大小相等方向相反，当a板电势高于板电势高于b板时，根据左板时，根据左手定则判断，磁场方向应垂直纸面向里，所以手定则判断，磁场方向应垂直纸面向里，所以A正确正确C错错误；当误；当a板电势低于板电势低于b板时，根据左手定则判断，磁场方向板时，根据左手定则判断，磁场方向应垂直纸面向外，所以应垂直纸面向外，所以D正确正确

19、B错误。错误。答案：答案：AD返回2.(2012佛山模拟佛山模拟)如图如图8312所示，所示，某一真空室内充满竖直向下的匀强某一真空室内充满竖直向下的匀强 电场电场E，在竖直平面内建立坐标系，在竖直平面内建立坐标系 xOy，在，在y0的空间内，的空间内，图图8312 将一质量为将一质量为m的带电液滴的带电液滴(可视为质点可视为质点)自由释放，此液自由释放，此液 滴则沿滴则沿y轴的负方向，以加速度轴的负方向，以加速度a2g(g为重力加速度为重力加速度)返回做匀加速直线运动，当液滴运动到坐标原点时，被安置做匀加速直线运动，当液滴运动到坐标原点时，被安置在原点的一个装置瞬间改变了带电性质在原点的一个

20、装置瞬间改变了带电性质(液滴所带电荷量液滴所带电荷量和质量均不变和质量均不变)，随后液滴进入，随后液滴进入y0的空间运动。液滴在的空间运动。液滴在y0的空间内以加速度的空间内以加速度a2g做匀加速做匀加速直线运动，可知液滴带正电，且电场力等于重力，当液直线运动，可知液滴带正电，且电场力等于重力，当液滴运动到坐标原点时变为负电荷，液滴进入滴运动到坐标原点时变为负电荷，液滴进入y 0的空间内的空间内运动，电场力等于重力，液滴做匀速圆周运动，重力势运动，电场力等于重力，液滴做匀速圆周运动，重力势能先减小后增大，电场力先做负功后做正功，电势能先能先减小后增大，电场力先做负功后做正功，电势能先增大后减小

21、，动能保持不变，故选增大后减小，动能保持不变，故选D。答案：答案：D返回3(2012大同联考大同联考)如图如图8313所示，所示，宽度为宽度为l0.8 m的某一区域存在相互的某一区域存在相互 垂直的匀强电场垂直的匀强电场E与匀强磁场与匀强磁场B，其大，其大 小小E2108 N/C，B10 T。一带正电。一带正电 图图8313 荷的粒子以某一初速度由荷的粒子以某一初速度由M点垂直电场和磁场方向射入，点垂直电场和磁场方向射入，沿直线运动，从沿直线运动，从N点离开；若只撤去磁场，则粒子从点离开；若只撤去磁场，则粒子从P 点射出且速度方向发生了点射出且速度方向发生了45的偏转，求粒子的比荷的偏转，求粒

22、子的比荷 (不计粒子的重力不计粒子的重力)。返回返回答案：答案：2.5106 C/kg返回4(2011安徽高考安徽高考)如图如图8314所示，所示，在以坐标原点在以坐标原点O为圆心、半径为为圆心、半径为R的的 半圆形区域内，有相互垂直的匀强电半圆形区域内，有相互垂直的匀强电 场和匀强磁场，磁感应强度为场和匀强磁场，磁感应强度为B，磁，磁 图图8314 场方向垂直于场方向垂直于xOy平面向里。一带正电的粒子平面向里。一带正电的粒子(不计重力不计重力)从从O点沿点沿y轴正方向以某一速度射入，带电粒子恰好做匀轴正方向以某一速度射入，带电粒子恰好做匀速直线运动，经速直线运动，经t0时间从时间从P点射出。点射出。返回返回返回返回返回返回返回