【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.ppt

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1、第三节带电粒子在复合场中的运动第三节带电粒子在复合场中的运动 课堂互动讲练课堂互动讲练经典题型探究经典题型探究知能优化演练知能优化演练第第三三节节带带电电粒粒子子在在复复合合场场中中的的运运动动基础知识梳理基础知识梳理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并存，或分区域并存粒子在复合场运动时要考虑虑_、_和重力作用和重力作用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或匀速直线运动当带电粒子在复

2、合场中所受合外力当带电粒子在复合场中所受合外力_时，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静电力静电力洛伦兹力洛伦兹力为零为零(2)匀速匀速圆圆周运周运动动当当带电带电粒子所受的粒子所受的_与与_大小相等、大小相等、方向相反方向相反时时，带电带电粒子在粒子在_的作用下，的作用下，在垂直于匀在垂直于匀强强磁磁场场的平面内做匀速的平面内做匀速圆圆周运周运动动(3)非匀非匀变变速曲速曲线线运运动动当当带电带电粒子所受的合外力的大小和方向均粒子所受的合外力的大小和方向均变变化，化，且与初速度方向不在同一条直且与初速度方向不在同一条直线线上，粒子做非匀上，粒子做非匀变变速曲速曲

3、线线运运动动，这时这时粒子运粒子运动轨动轨迹既不是迹既不是圆圆弧，弧，也不是抛物也不是抛物线线重力重力电场力电场力洛伦兹力洛伦兹力二、二、带电带电粒子在复合粒子在复合场场中运中运动动的的实实例分析例分析1速度速度选择选择器器(如如图图831)图图831(1)平行板平行板间电场间电场强强度度E和磁感和磁感应应强强度度B互相互相_这这种装置能把具有一定种装置能把具有一定_的粒子的粒子选择选择出来，出来，所以叫做速度所以叫做速度选择选择器器垂直垂直速度速度qvB2磁流体磁流体发电发电机机(如如图图832)图图832(1)磁流体磁流体发电发电是一是一项项新新兴兴技技术术，它可以把，它可以把_能能直接直

4、接转转化化为为_能能(2)根据左手定根据左手定则则，如，如图图中的中的B板是板是发电发电机机_(3)磁流体磁流体发电发电机两极板机两极板间间的距离的距离为为d，等离子体，等离子体速度速度为为v，磁，磁场场磁感磁感应应强强度度为为B，则则两极板两极板间间能达能达到的最大到的最大电势电势差差U_.电电正极正极Bdv内内3电电磁流量磁流量计计(1)如如图图833所示，一所示，一圆圆形形导导管直径管直径为为d，用非，用非磁性材料制成，其中有可以磁性材料制成，其中有可以导电导电的液体流的液体流过导过导管管图图833洛伦兹力洛伦兹力电势差电势差平衡平衡4霍霍尔尔效效应应在匀在匀强强磁磁场场中放置一个矩形截

5、面的中放置一个矩形截面的载载流流导导体，当体，当磁磁场场方向与方向与电电流方向垂直流方向垂直时时，导导体在与磁体在与磁场场、电电流方向都垂直的方向上出流方向都垂直的方向上出现现了了_这这个个现现象象称称为为霍霍尔尔效效应应，所，所产产生的生的电势电势差称差称为为_或霍或霍尔尔电压电压，其原理如，其原理如图图834所示所示电势差电势差霍尔电势差霍尔电势差图图834特特别别提示：提示：分析分析带电带电粒子在复合粒子在复合场场中的运中的运动时动时，如果没有明确指出，如果没有明确指出，则对则对于微于微观观粒粒子如子如电电子、子、质质子、子、粒子、离子等其重力可粒子、离子等其重力可忽略不忽略不计计；对对

6、于于实际实际物体，如物体，如带电带电小球、小球、液滴、金属液滴、金属块块等一般等一般应应考考虑虑重力重力课堂互动讲练课堂互动讲练一、一、电电偏偏转转和磁偏和磁偏转转的比的比较较电电 偏偏 转转磁磁 偏偏 转转受力特征受力特征F电电qE恒力恒力F洛洛qvB变变力力运运动动性性质质匀匀变变速曲速曲线线运运动动匀速匀速圆圆周运周运动动运运动轨动轨迹迹即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)1(2011年年抚顺抚顺六校六校联联合体模合体模拟拟)如如图图835所所示，一示，一带电带电粒子以某一速度在粒子以某一速度在竖竖直平面内做匀速直平面内做匀速直直线线运运动动，经过经过一段一段时间时间

7、后后进进入一垂直于入一垂直于纸纸面向面向里、磁感里、磁感应应强强度度为为B的最小的的最小的圆圆形匀形匀强强磁磁场场区域区域(图图中未画出磁中未画出磁场场区域区域)，粒子，粒子飞飞出磁出磁场场后垂直后垂直电电场场方向方向进进入入宽为宽为L的匀的匀强强电场电场，电场电场强强度大小度大小为为E，方向，方向竖竖直向上当粒子穿出直向上当粒子穿出电场时电场时速率速率变为变为原原来的倍已知来的倍已知带电带电粒子的粒子的质质量量为为m，电电荷量荷量为为q，重力不重力不计计粒子粒子进进入磁入磁场场前的速度与水平方向成前的速度与水平方向成60角角试试回答：回答：图图835(1)粒子粒子带带什么什么电电？(2)带电

8、带电粒子在磁粒子在磁场场中运中运动时动时速度多大？速度多大？(3)该该最小的最小的圆圆形磁形磁场场区域的面区域的面积为积为多大？多大？(3)如如图图所示，所示，带电带电粒子在磁粒子在磁场场中所受洛中所受洛伦兹伦兹力提力提供向心力，供向心力，设设粒子在磁粒子在磁场场中做中做圆圆周运周运动动的半径的半径为为R，圆圆形磁形磁场场区域的半径区域的半径为为r，则则：答案：见解析答案：见解析二、二、带电带电粒子在复合粒子在复合场场中运中运动动的一般思路的一般思路1带电带电粒子在复合粒子在复合场场中运中运动动的分析方法和一般思的分析方法和一般思路路(1)弄清复合弄清复合场场的的组组成，一般有磁成，一般有磁场

9、场、电场电场的复合，的复合，磁磁场场、重力、重力场场的复合，磁的复合，磁场场、电场电场、重力、重力场场三者三者的复合的复合(2)正确受力分析，除重力、正确受力分析，除重力、弹弹力、摩擦力外要特力、摩擦力外要特别别注意静注意静电电力和磁力和磁场场力的分析力的分析(3)确定确定带电带电粒子的运粒子的运动动状状态态，注意运，注意运动动情况和受情况和受力情况的力情况的结结合合(4)对对于粒子于粒子连续连续通通过过几个不同情况的几个不同情况的场场的的问题问题，要分要分阶阶段段进进行行处处理理(5)画出粒子运画出粒子运动轨动轨迹，灵活迹，灵活选择选择不同的运不同的运动动规规律律当当带电带电粒子在复合粒子在

10、复合场场中做匀速直中做匀速直线线运运动时动时，根据受力平衡列方程求解根据受力平衡列方程求解当当带电带电粒子在复合粒子在复合场场中做匀速中做匀速圆圆周运周运动时动时，应应用牛用牛顿顿定律定律结结合合圆圆周运周运动规动规律求解律求解当当带电带电粒子做复粒子做复杂杂曲曲线线运运动时动时，一般用，一般用动动能定理或能量守恒定律求解能定理或能量守恒定律求解对对于于临临界界问题问题，注意挖掘，注意挖掘隐隐含条件含条件2复合复合场场中粒子重力是否考中粒子重力是否考虑虑的三种情况的三种情况(1)对对于微于微观观粒子，如粒子，如电电子、子、质质子、离子等，因子、离子等，因为为其重力一般情况下与其重力一般情况下与

11、电场电场力或磁力或磁场场力相比太小，力相比太小，可以忽略；而可以忽略；而对对于一些于一些实际实际物体，如物体，如带电带电小球、小球、液滴、金属液滴、金属块块等一般等一般应应当考当考虑虑其重力其重力(2)在在题题目中有明确目中有明确说说明是否要考明是否要考虑虑重力的，重力的，这这种种情况比情况比较较正正规规，也比，也比较简单较简单(3)不能直接判断是否要考不能直接判断是否要考虑虑重力的，在重力的，在进进行受力行受力分析与运分析与运动动分析分析时时，要由分析，要由分析结结果确定是否要考果确定是否要考虑虑重力重力3各种各种场场力的特点力的特点(1)重力的大小重力的大小为为mg，方向，方向竖竖直向下，

12、重力做直向下，重力做功与路径无关，重力功与路径无关，重力势势能的能的变变化化总总是与重力是与重力做功相做功相对应对应(2)电场电场力与力与电电荷的性荷的性质质及及电场电场强强度有关，度有关，电电场场力做功与路径无关，力做功与路径无关，电势电势能的能的变变化化总总是与是与电场电场力做功相力做功相对应对应(3)洛洛伦兹伦兹力的大小力的大小FqvB，其方向与速度方，其方向与速度方向垂直，所以洛向垂直，所以洛伦兹伦兹力不做功力不做功特特别别提醒：提醒：(1)全面正确地分析全面正确地分析带电带电粒子的受力和粒子的受力和运运动动特征是解特征是解题题的前提，尤其是的前提，尤其是电场电场力和洛力和洛伦兹伦兹力

13、的分析，特力的分析，特别别要注意洛要注意洛伦兹伦兹力要随力要随带电带电粒子运粒子运动动状状态态的的变变化而改化而改变变(2)注意重力、注意重力、电场电场力做功与路径无关，洛力做功与路径无关，洛伦兹伦兹力力始始终终和运和运动动方向垂直、永不做功方向垂直、永不做功即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)2如如图图836所示，所示，竖竖直平面直平面xOy内存在水平向内存在水平向右的匀右的匀强强电场电场，场场强强大小大小E10 N/C，在，在y0的区域的区域内内还还存在垂直于坐存在垂直于坐标标平面向里的匀平面向里的匀强强磁磁场场，磁感，磁感应应强强度大小度大小B0.5 T，一，一带电带

14、电荷量荷量q0.2 C、质质量量m0.4 kg的小球由的小球由长长l0.4 m的的细线悬细线悬挂于挂于P点，点，小球可小球可视为质视为质点点现现将小球拉至水平位置将小球拉至水平位置A无初速无初速释释放，小球运放，小球运动动到到悬悬点点P正下方的坐正下方的坐标标原点原点O时时，悬线悬线突然断裂，此后小球又恰好能通突然断裂，此后小球又恰好能通过过O点正下方点正下方的的N点点(g10 m/s2)求：求：图图836(1)小球运小球运动动到到O点点时时的速度大小；的速度大小；(2)悬线悬线断裂前瞬断裂前瞬间间拉力的大小；拉力的大小；(3)ON间间的距离的距离答案：答案：(1)2 m/s(2)8.2 N(

15、3)3.2 m经典题型探究经典题型探究题型一带电粒子在带电粒子在“组合场组合场”中的运动中的运动 (2009年高考全国卷年高考全国卷)如图如图837所示，在所示，在宽度分别为宽度分别为l1和和l2的两个毗邻的条形区域中分别有的两个毗邻的条形区域中分别有匀强磁场和匀强电场，磁场方向垂直于纸面向里，匀强磁场和匀强电场，磁场方向垂直于纸面向里，电场方向与电、磁场分界线平行向右一带正电电场方向与电、磁场分界线平行向右一带正电荷的粒子以速率荷的粒子以速率v从磁场区域上边界的从磁场区域上边界的P点斜射入点斜射入磁场，然后以垂直于电、磁场分界线的方向进入磁场，然后以垂直于电、磁场分界线的方向进入电场，最后从

16、电场边界上的电场，最后从电场边界上的Q点射出点射出例例1 1已知已知PQ垂直于垂直于电场电场方向，粒子方向，粒子轨轨迹与迹与电电、磁、磁场场分界分界线线的交点到的交点到PQ的距离的距离为为d.不不计计重力，求重力，求电电场场强强度与磁感度与磁感应应强强度大小之比以及粒子在磁度大小之比以及粒子在磁场场与与电场电场中运中运动时间动时间之比之比图图837【思路点思路点拨拨】粒子在磁粒子在磁场场中做匀速中做匀速圆圆周运周运动动，结结合几何知合几何知识识，确定，确定圆圆心和半径，从而心和半径，从而确定磁感确定磁感应应强强度和度和圆圆心角心角(或或时间时间)粒子在粒子在电场电场中做中做类类平抛运平抛运动时

17、动时，结结合平抛合平抛规规律可求律可求得得电场电场强强度及运度及运动时间动时间图图838【答案答案】见见解析解析【名名师归纳师归纳】分析分析组组合合场场中粒子的运中粒子的运动时动时，应应分分别别分析粒子在隔离分析粒子在隔离场场中的受力情况及运中的受力情况及运动轨动轨迹，迹，从而从而选选取适当的取适当的规规律列式求解，且要注意粒子在律列式求解，且要注意粒子在两两场场交界交界处处的关的关键键点点 (2010年高考安徽理年高考安徽理综综卷卷)如如图图839甲所甲所示，示，宽宽度度为为d的的竖竖直狭直狭长长区域内区域内(边边界界为为L1、L2)，存在垂直存在垂直纸纸面向里的匀面向里的匀强强磁磁场场和和

18、竖竖直方向上的周直方向上的周期性期性变变化的化的电场电场(如如图图乙所示乙所示)，电场电场强强度的大小度的大小为为E0，E0表示表示电场电场方向方向竖竖直向上直向上t0时时，一，一带带正正电电、质质量量为为m的微粒从左的微粒从左边边界上的界上的N1点以水点以水平速度平速度v射入射入该该区域，沿直区域，沿直线线运运动动到到Q点后，做一点后，做一次完整的次完整的圆圆周运周运动动，再沿直，再沿直线线运运动动到右到右边边界上的界上的N2点点Q为线为线段段N1N2的中点，重力加速度的中点，重力加速度为为g.上上述述d、E0、m、v、g为为已知量已知量题型二带电粒子在带电粒子在“复合场复合场”中的运动中的

19、运动例例2 2(1)求微粒所求微粒所带电带电荷量荷量q和磁感和磁感应应强强度度B的大小；的大小；(2)求求电场变电场变化的周期化的周期T；(3)改改变宽变宽度度d，使微粒仍能按上述运，使微粒仍能按上述运动过动过程通程通过过相相应宽应宽度的区域，求度的区域，求T的最小的最小值值图图839图图8310图图8311【方法技巧方法技巧】(1)带电带电粒子在匀粒子在匀强强电场电场、磁、磁场场及及重力重力场场中做中做圆圆周运周运动时动时，重力与，重力与电场电场力平衡，洛力平衡，洛伦兹伦兹力提供向心力；做直力提供向心力；做直线线运运动时动时，三力平衡；，三力平衡；(2)粒子交替做直粒子交替做直线线运运动动、

20、圆圆周运周运动动，要注意找，要注意找圆圆周运周运动动的周期与的周期与电场电场(或磁或磁场场)变变化周期的关系化周期的关系 (满满分分样样板板15分分)在在场场强强为为B的水平匀的水平匀强强磁磁场场中，一中，一质质量量为为m、带电带电荷量荷量为为q的小球在的小球在O点由静止点由静止释释放，小球的运放，小球的运动动曲曲线线如如图图8312所所示已知此曲示已知此曲线线在最低点的曲率半径在最低点的曲率半径为该为该点到点到x轴轴距离的距离的2倍，重力加速度倍，重力加速度为为g.求：求：题型三带电粒子在复合场中的一般曲线运动带电粒子在复合场中的一般曲线运动例例3 3图图8312(1)小球运小球运动动到任意

21、位置到任意位置P(x，y)的速率的速率v；(2)小球在运小球在运动过动过程中第一次下降的最大距离程中第一次下降的最大距离ym；(3)欲使小球沿欲使小球沿x轴轴正向做直正向做直线线运运动动，可在，可在该该区域区域加一匀加一匀强强电场电场，试试分析加分析加电场时电场时，小球在什么位，小球在什么位置，所加置，所加电场电场的的场场强强为为多少？方向如何？多少？方向如何？【思路点思路点拨拨】分析分析该题时应该题时应把握以下几点：把握以下几点：(1)求解小球的速率可根据求解小球的速率可根据动动能定理；能定理；(2)小球下降的最大距离可由小球下降的最大距离可由圆圆周运周运动动分析；分析；(3)小球做直小球做直线线运运动动，可由小球的运，可由小球的运动动特征分析受特征分析受力的特点力的特点