政史地三维设计新课标高考物理一轮总复习磁场带电粒子在复合场中的运动.pptx
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1、 提示提示当带电粒子在复合场中所受合外力为零时,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。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。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、电场力复合场中带电粒子在重力、电场力(为恒力时为恒力时)、洛伦兹力三个力作用下能做匀变速直线运动吗?洛伦兹力三个力作用下能做匀变速直线运动吗?提示提示不能,因为重力和电场力为恒力,而洛
2、伦不能,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。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。带电粒子不能做匀变速直线运动。第1页/共63页记一记记一记 1复合场复合场 复合场是指电场、复合场是指电场、和重力场并存,或其中某和重力场并存,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:为如下四种情况:相邻场;相邻场;重叠场;重叠场;交替场;交替场;交变场。交变场。2带电粒子在复合场中的运动分类带电粒子在复合场中的运动分类 (1)静止或匀速直线运动静止
3、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静止状态或做 。磁场匀速直线运动第2页/共63页 (2)匀速圆周运动匀速圆周运动 当带电粒子所受的重力与电场力大小当带电粒子所受的重力与电场力大小 ,方向,方向 时,带电粒子在洛伦兹力的作用下,在垂直于匀强磁时,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场的平面内做 运动。运动。(3)较复杂的曲线运动较复杂的曲线运动 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,粒子做度方向不在同一条直线上,粒
4、子做 变速曲线运动,这变速曲线运动,这时粒子运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线。时粒子运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线。(4)分阶段运动分阶段运动 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。段组成。相等相反匀速圆周非匀第3页/共63页试一试试一试1.地球大气层外部有一层复杂的电离层,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。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假设某时刻在该空间中有一小区
5、域存在如图存在如图831所示的电场和磁场;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面向里。此时一带电宇宙粒子恰以速度v垂直于电场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,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有关该带电粒子的运动情况可能的是 ()图图831第4页/共63页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解析:比较解析:比较Eq与与Bqv
6、,因二者开始时方向相反,当二者,因二者开始时方向相反,当二者相等时,相等时,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;有电场力存正确;有电场力存在,粒子不可能做匀速圆周运动,在,粒子不可能做匀速圆周运动,D错。错。答案:答案:ABC第5页/共63页带电粒子在复合场中运动的应用实例带电粒子在复合场中运动的应用实例想一想想一想 速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计在正常速度选择器、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?工作达到稳定后,带电粒子的受力有什么共同特征?提
7、示提示电场力与洛伦兹力受力平衡。电场力与洛伦兹力受力平衡。超链接第6页/共63页记一记记一记匀速直线qv0Bv0Bd第7页/共63页qvB第8页/共63页试一试试一试2.为监测某化工厂的污水排放量,技术人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员在该厂的排污管末端安装了如图832所示的流量计。该装置由绝缘材所示的流量计。该装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为料制成,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大小为B的匀强磁场,在前后两个内侧面分别固定有的匀强磁场,在前后两个内侧面分别固定
8、有金属板作为电极。污水充满管口从左向右流经该装置金属板作为电极。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时,电压表将显示两个电极间的电压U。若用。若用Q表示污表示污水流量水流量(单位时间内排出的污水体积单位时间内排出的污水体积),下列说法中正,下列说法中正确的是确的是 ()图图832第9页/共63页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
9、正比,与成正比,与a、b无关无关答案:D第10页/共63页带电粒子在相邻复合场中的运动带电粒子在相邻复合场中的运动“电偏转电偏转”和和“磁偏转磁偏转”的比较的比较FEqE,FE大小、方向不变,为恒力FBqv0B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)第11页/共63页垂直进入磁场垂直进入磁场(磁偏转磁偏转)垂直进入电场垂直进入电场(电偏转电偏转)运动运动规律规律运动运动时间时间动能动能不变不变变化变化第12页/共63页 例例1(2012湖北省部分重点中学联考湖北省部分重点中学联考)如图如图833所示,所示,真空室内竖直条形区域真空室内
10、竖直条形区域存在垂直纸面向外的匀强磁场,条形存在垂直纸面向外的匀强磁场,条形区域区域(含含、区域分界面区域分界面)存在水平向右的匀强电场,电场存在水平向右的匀强电场,电场强度为强度为E,磁场和电场宽度均为,磁场和电场宽度均为L且足够长,且足够长,M、N为涂有荧光为涂有荧光物质的竖直板。现有一束质子从物质的竖直板。现有一束质子从A处连续不断地射入磁场,入处连续不断地射入磁场,入射方向与射方向与M板成板成60夹角且与纸面平行,质子束由两部分组成,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的低速质子,另一部分为速度大小为3v的高速质子
11、,当的高速质子,当区中磁场较强时,区中磁场较强时,M板出现两个亮斑,缓慢板出现两个亮斑,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板有两板有两个亮斑。已知质子质量为个亮斑。已知质子质量为m,电量为,电量为e,不计质子重力和相互作,不计质子重力和相互作用力,求:用力,求:第13页/共63页图图833(1)此时此时区的磁感应强度;区的磁感应强度;(2)到达到达N板下方亮斑的质子在磁板下方亮斑的质子在磁场中运动的时间;场中运动的时间;(3)N板两个亮斑之间的距离。板两个亮斑之间的距离。第14页/共63页审题指导审题指导第一步:抓关键点第一步:抓
12、关键点低速粒子轨迹刚好与两场交界相切磁场减弱,亮斑消失为止带电粒子做圆周运动的半径较小未进入右侧电场区域,最后都打到M板上磁场较强时,出现两个亮斑带电粒子垂直射入磁场入射方向与纸面平行获取信息关键点第15页/共63页 第二步:找突破口第二步:找突破口 (1)要求要求区磁感应强度区磁感应强度应利用低速粒子运动来求。应利用低速粒子运动来求。(2)到达到达N板下方质子板下方质子应为低速粒子。应为低速粒子。(3)要求两个亮斑间的距离要求两个亮斑间的距离应根据圆周运动与类平抛应根据圆周运动与类平抛运动规律求解。运动规律求解。第16页/共63页第17页/共63页第18页/共63页解决带电粒子在组合场中运动
13、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第19页/共63页带电粒子在叠加复合场的运动带电粒子在叠加复合场的运动 1.是否考虑粒子重力是否考虑粒子重力 (1)对于微观粒子,如电子、质子、离子等,因为其重对于微观粒子,如电子、质子、离子等,因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小,可以忽略;而力一般情况下与电场力或磁场力相比太小,可以忽略;而对于一些实际物体,如带电小球、液滴、尘埃等一般应当对于一些实际物体,如带电小球、液滴、尘埃等一般应当考虑其重力。考虑其重力。(2)在题目中有明确说明是否要考虑重力的,按题目要在题目中有明确说明是否要考虑重力的,按题目要求处理。求处理。(3)不
14、能直接判断是否要考虑重力的,在进行受力分析不能直接判断是否要考虑重力的,在进行受力分析与运动分析时,要结合运动状态确定是否要考虑重力。与运动分析时,要结合运动状态确定是否要考虑重力。第20页/共63页 2分析方法分析方法 (1)弄清复合场的组成。如磁场、电场的复合,磁场、弄清复合场的组成。如磁场、电场的复合,磁场、重力场的复合,磁场、电场、重力场三者的复合等。重力场的复合,磁场、电场、重力场三者的复合等。(2)正确受力分析,除重力、弹力、摩擦力外要特别注正确受力分析,除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静电力和磁场力的分析。意静电力和磁场力的分析。(3)确定带电粒子的运动状态,注意运动情况和受力确
15、定带电粒子的运动状态,注意运动情况和受力情况的结合。情况的结合。(4)对于粒子连续通过几个不同区域、不同种类的场时,对于粒子连续通过几个不同区域、不同种类的场时,要分阶段进行处理。要分阶段进行处理。第21页/共63页 (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。当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时,根据当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时,根据受力平衡列方程求解。受力平衡列方程求解。当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时,应用当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时,应用牛顿定律结合圆周运动规律求解。牛顿定律结合圆周运动规律求解。当带电粒子做复杂曲线运动
16、时,一般用动能定理当带电粒子做复杂曲线运动时,一般用动能定理或能量守恒定律求解。或能量守恒定律求解。(6)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。第22页/共63页第23页/共63页图图834 (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)小球从小球从F点飞出时磁场同时消失,小球离开点飞出时磁场同时消失,小球离开F点点后的运动轨迹与直线后的运动轨迹与直线AC(或延长线或延长线)的交点为的交点为G点点(未标出未标出),求,求G点到点到D点的距离。点的距离。第24页/共63页 尝试解题尝试解题
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- 三维设计 新课 标高 物理 一轮 复习 磁场 带电 粒子 复合 中的 运动
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