高三理化生复合场.pptx
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1、考点考点1 1 带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动1.1.复合场与组合场复合场与组合场(1)(1)复合场:电场、复合场:电场、_、重力场共存,或其中某两场共存、重力场共存,或其中某两场共存.(2)(2)组合场组合场:电场与磁场各位于一定的区域内电场与磁场各位于一定的区域内,并不重叠,或在同并不重叠,或在同一区域一区域,电场、磁场分时间段或分区域交替出现电场、磁场分时间段或分区域交替出现.磁场磁场第第1页页/共共56页页2.2.运动情况分类运动情况分类(1)(1)静止或匀速直线运动静止或匀速直线运动.当带电粒子在复合场中所受当带电粒子在复合场中所受_时时,将处于静止状态或将处于静止
2、状态或匀速直线运动状态匀速直线运动状态.(2)(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_时时,带电带电粒子在洛伦兹力的作用下粒子在洛伦兹力的作用下,在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动周运动.合外力为零合外力为零相等相等相反相反第第2页页/共共56页页(3)(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,且与初速度方向不且与初速度方向不在在_上时上时,粒子做非匀变速曲线运动粒子做非匀变速曲线运动,这时粒子的运动这时粒子的
3、运动轨迹既不是圆弧轨迹既不是圆弧,也不是抛物线也不是抛物线.(4)(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,其运动情况其运动情况随区域发生随区域发生_,_,其运动过程由几种不同的运动阶段组成其运动过程由几种不同的运动阶段组成.同一条直线同一条直线变化变化第第3页页/共共56页页1.1.是否考虑粒子重力是否考虑粒子重力(1)(1)对于微观粒子,如电子、质子、离子等,因为其重力一般情对于微观粒子,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;而对于一些实际况下与电场力或磁场力相比太小,可以忽
4、略;而对于一些实际物体,如带电小球、液滴、尘埃等一般应当考虑其重力物体,如带电小球、液滴、尘埃等一般应当考虑其重力.(2)(2)在题目中有明确说明是否要考虑重力的,按题目要求处理在题目中有明确说明是否要考虑重力的,按题目要求处理.(3)(3)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析时,要结合运动状态确定是否要考虑重力.第第4页页/共共56页页2.2.分析方法分析方法(1)(1)弄清复合场的组成弄清复合场的组成.如磁场、电场的复合如磁场、电场的复合,磁场、重力场的复磁场、重力场的复合合,磁场、
5、电场、重力场三者的复合等磁场、电场、重力场三者的复合等.(2)(2)正确受力分析正确受力分析,除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静电力除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静电力和磁场力的分析和磁场力的分析.(3)(3)确定带电粒子的运动状态确定带电粒子的运动状态,注意运动情况和受力情况的结合注意运动情况和受力情况的结合.(4)(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,要分阶要分阶段进行处理段进行处理.第第5页页/共共56页页(5)(5)画出粒子运动轨迹画出粒子运动轨迹,灵活选择不同的运动规律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
6、动时当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时,根据受力平衡列方根据受力平衡列方程求解程求解.当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时,应用牛顿定律结合应用牛顿定律结合圆周运动规律求解圆周运动规律求解.当带电粒子做复杂曲线运动时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一般用动能定理或能量守恒定律求解律求解.(6)(6)对于临界问题对于临界问题,注意挖掘隐含条件注意挖掘隐含条件.第第6页页/共共56页页一个带电粒子以初速度一个带电粒子以初速度v v0 0垂直于电场方向向右射入匀强电场区垂直于电场方向向右射入匀强电场区域,穿出电场后接着又进入匀强磁场区域域,
7、穿出电场后接着又进入匀强磁场区域.设电场和磁场区域有设电场和磁场区域有明确的分界线明确的分界线,且分界线与电场强度方向平行且分界线与电场强度方向平行,如图中的虚线所如图中的虚线所示示.在如图所示的几种情况中在如图所示的几种情况中,可能出现的是可能出现的是()()第第7页页/共共56页页【解析解析】选选A A、D.D.根据带电粒子在电场中的偏转情况可以确定带根据带电粒子在电场中的偏转情况可以确定带电粒子带电的正、负电粒子带电的正、负.选项选项A A、C C、D D中粒子带正电,选项中粒子带正电,选项B B中粒子中粒子带负电带负电.再根据左手定则判断粒子在磁场中偏转方向,可以确定再根据左手定则判断
8、粒子在磁场中偏转方向,可以确定A A、D D正确,正确,B B、C C错误错误.第第8页页/共共56页页1.1.速度选择器速度选择器平行板中电场强度平行板中电场强度E E和磁感应强度和磁感应强度B B互相互相_._.这种装置能把具这种装置能把具有一定有一定_的粒子选择出来的粒子选择出来,所以叫做速度选择器所以叫做速度选择器.考点考点2 2 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垂直垂直速度速度第第9页页/共共56页页2.2.磁流体发电机磁流体发电机磁流体发电是一项新兴技术磁流体发电是一项新兴技术,它可以把它可以把_直接转化为电能直接转化为电能.内能内能第第10页页/共
9、共56页页3.3.电磁流量计电磁流量计导电液体在管中向左流动,导电液体中的自由电荷导电液体在管中向左流动,导电液体中的自由电荷(正、负离子正、负离子)在洛伦兹力的作用下横向偏转,在洛伦兹力的作用下横向偏转,a a、b b间出现间出现_._.根据根据a a、b b间间_的大小可测量出管中液体的流量的大小可测量出管中液体的流量.电势差电势差电势差电势差第第11页页/共共56页页4.4.霍尔效应霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体,当在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体,当_与电与电流方向垂直时,导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现流方向垂直时,导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出
10、现了了_,这种现象称为霍尔效应,这种现象称为霍尔效应.磁场方向磁场方向电势差电势差第第12页页/共共56页页1.1.速度选择器的原理速度选择器的原理(1)(1)粒子能通过速度选择器的条件粒子能通过速度选择器的条件.qE=qvB,qE=qvB,即即 .(2)(2)是否能通过速度选择器,只与速度有关,与粒子种类、带电是否能通过速度选择器,只与速度有关,与粒子种类、带电正、负无关正、负无关.第第13页页/共共56页页2.2.磁流体发电机和电磁流量计原理磁流体发电机和电磁流量计原理(1)(1)根据左手定则,可以确定正、负粒子的偏转方向,从而确定根据左手定则,可以确定正、负粒子的偏转方向,从而确定正、负
11、极或电势高低正、负极或电势高低.(2)(2)电势差稳定时,电势差稳定时,.由此可计算磁流体发电机最大电势由此可计算磁流体发电机最大电势差差U=BdvU=Bdv;电磁流量计流量电磁流量计流量 .第第14页页/共共56页页如图为一如图为一“滤速器滤速器”装置的示意图装置的示意图.a.a、b b为水平放置的平行金属板,一束具有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方向经小孔各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O O进入进入a a、b b两板之间两板之间.为了选取具有某种特定速率的电子,可在为了选取具有某种特定速率的电子,可在a a、b b间加上电压,并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场,
12、使所选间加上电压,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电子仍能沿水平直线OOOO运动,由运动,由OO射出射出.不计重力作用不计重力作用.可能可能达到上述目的的办法是达到上述目的的办法是()()第第15页页/共共56页页A.A.使使a a板电势高于板电势高于b b板,磁场方向垂直纸面向里板,磁场方向垂直纸面向里B.B.使使a a板电势低于板电势低于b b板,磁场方向垂直纸面向里板,磁场方向垂直纸面向里C.C.使使a a板电势高于板电势高于b b板,磁场方向垂直纸面向外板,磁场方向垂直纸面向外D.D.使使a a板电势低于板电势低于b b板,磁场方向垂直纸面向外板,磁场方向垂直
13、纸面向外【解析解析】选选A A、D.D.电子能沿水平直线运动,则电子所受的电场力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,当与洛伦兹力大小相等方向相反,当a a板电势高于板电势高于b 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 A正确正确C C错误;当错误;当a a板电势低于板电势低于b b板时,根据左手定则判断,磁场方向应垂直纸面向板时,根据左手定则判断,磁场方向应垂直纸面向外,所以外,所以D D正确正确B B错误错误.第第16页页/共共56页页 带电粒子在复合场中运动情况分析带电粒子在复合场中运动情
14、况分析【例证例证1 1】在长方形在长方形abcdabcd区域内有正交的电磁区域内有正交的电磁场,场,ab=bc/2=Lab=bc/2=L,一带电粒子从,一带电粒子从adad的中点垂直的中点垂直于电场和磁场方向射入,恰沿直线从于电场和磁场方向射入,恰沿直线从bcbc边的边的中点中点P P射出,若撤去磁场,则粒子从射出,若撤去磁场,则粒子从c c点射出;点射出;若撤去电场,则粒子将若撤去电场,则粒子将(重力不计重力不计)()()第第17页页/共共56页页A.A.从从b b点射出点射出B.B.从从b b、P P间某点射出间某点射出C.C.从从a a点射出点射出D.D.从从a a、b b间某点射出间某
15、点射出【解题指南解题指南】解答本题应把握以下三点:解答本题应把握以下三点:(1)(1)由带电粒子在复合场中能沿直线运动可确定电场力和洛伦兹由带电粒子在复合场中能沿直线运动可确定电场力和洛伦兹力平衡力平衡.(2)(2)由带电粒子在电场中运动,从由带电粒子在电场中运动,从c c点射出,找出粒子在磁场中点射出,找出粒子在磁场中运动时求解半径的条件运动时求解半径的条件.(3)(3)根据带电粒子在磁场中运动半径判断粒子的射出点根据带电粒子在磁场中运动半径判断粒子的射出点.第第18页页/共共56页页【自主解答自主解答】选选C.C.粒子在复合场中沿直线运动,则粒子在复合场中沿直线运动,则qE=qvqE=qv
16、0 0B B,当,当撤去磁场时,撤去磁场时,.撤去电场时,撤去电场时,可以求出可以求出 .故粒子从故粒子从a a点射出,点射出,C C正确正确.第第19页页/共共56页页 带电粒子在复合场中运动的分阶段计算带电粒子在复合场中运动的分阶段计算【例证例证2 2】(2011(2011安徽高考安徽高考)(16)(16分分)如图所示,在以坐标原点如图所示,在以坐标原点O O为圆心、半径为为圆心、半径为R R的半圆形区域内,有相互垂直的匀强电场和匀的半圆形区域内,有相互垂直的匀强电场和匀强磁场,磁感应强度为强磁场,磁感应强度为B B,磁场方向垂直于,磁场方向垂直于xOyxOy平面向里平面向里.一带正一带正
17、电的粒子电的粒子(不计重力不计重力)从从O O点沿点沿y y轴正方向以某一速度射入,带电轴正方向以某一速度射入,带电粒子恰好做匀速直线运动,经粒子恰好做匀速直线运动,经t t0 0时间从时间从P P点射出点射出.第第22页页/共共56页页(1)(1)求电场强度的大小和方向求电场强度的大小和方向.(2)(2)若仅撤去磁场,带电粒子仍从若仅撤去磁场,带电粒子仍从O O点以相同的速度射入,经点以相同的速度射入,经时间恰从半圆形区域的边界射出时间恰从半圆形区域的边界射出.求粒子运动加速度的大小求粒子运动加速度的大小.(3)(3)若仅撤去电场,带电粒子仍从若仅撤去电场,带电粒子仍从O O点射入,且速度为
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