2020版高考物理新優(yōu)選大一輪人教通用版課件：9.3 專題6　帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

1、專題6　帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),-2-,基礎(chǔ)夯實(shí),自我診斷,一、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.復(fù)合場(chǎng)(1)疊加場(chǎng):電場(chǎng)、磁場(chǎng)　、重力場(chǎng)共存,或其中某兩種場(chǎng)共存。 (2)組合場(chǎng):電場(chǎng)與磁場(chǎng)各位于一定的區(qū)域內(nèi),并不重疊或在同一區(qū)域,但電場(chǎng)、磁場(chǎng)一般交替　出現(xiàn)。 2.帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)形式(1)靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中所受合外力為零時(shí),將處于靜止　狀態(tài)或勻速直線　運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。,,,,,-3-,

2、基礎(chǔ)夯實(shí),自我診斷,(2)勻速圓周運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場(chǎng)力大小相等　,方向相反　時(shí),帶電粒子在洛倫茲力的作用下,在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周　運(yùn)動(dòng)。 (3)較復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子所受合外力的大小和方向均變化,且與初速度方向不在同一直線上,粒子做非勻　變速曲線運(yùn)動(dòng),這時(shí)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡既不是圓弧,也不是拋物線。 (4)分階段運(yùn)動(dòng)帶電粒子可能依次通過(guò)幾個(gè)情況不同的復(fù)合場(chǎng)區(qū)域,其運(yùn)動(dòng)情況隨區(qū)域發(fā)生變

3、化,其運(yùn)動(dòng)過(guò)程由幾種不同的運(yùn)動(dòng)階段組成。,,,,,,-4-,基礎(chǔ)夯實(shí),自我診斷,二、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用舉例1.質(zhì)譜儀(1)構(gòu)造:如圖所示,質(zhì)譜儀由粒子源、加速電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)和照相底片組成。(2)原理:粒子由靜止在加速電場(chǎng)中被加速,根據(jù)動(dòng)能定理可得關(guān)系式qU= mv2　。粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力偏轉(zhuǎn),做勻速圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù)牛頓第二定律得關(guān)系式qvB=m  。,,-5-,基礎(chǔ)夯實(shí),自我診斷,由以上兩式

4、可得出需要研究的物理量,如粒子軌道半徑、粒子質(zhì)量、比荷。,-6-,基礎(chǔ)夯實(shí),自我診斷,2.回旋加速器(1)構(gòu)造:如圖所示,D1、D2是半圓形金屬盒,D形盒的縫隙處接交流電源,D形盒處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。(2)原理:交變電流的周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等,粒子經(jīng),-7-,基礎(chǔ)夯實(shí),自我診斷,3.速度選擇器(1)構(gòu)造:如圖所示,平行板中電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相垂直　,這種裝置能把具有一定速度　的粒子選擇出來(lái),所以叫速度選擇器。

5、0;(2)帶電粒子能夠沿直線勻速通過(guò)速度選擇器的條件是Eq=qvB　,即v= ,速度v與粒子電荷量、電性、質(zhì)量無(wú)關(guān)。,,,,,-8-,基礎(chǔ)夯實(shí),自我診斷,4.磁流體發(fā)電機(jī)(1)磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù),它可以把內(nèi)能　直接轉(zhuǎn)化為電能。 (2)根據(jù)左手定則,如圖中的B是發(fā)電機(jī)正　極。 (3)磁流體發(fā)電機(jī)兩極板間的距離為l,等離子體速度為v,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則由qE=q =qvB得兩極板間能達(dá)到的

6、最大電勢(shì)差U=BLv　。,,,,-9-,基礎(chǔ)夯實(shí),自我診斷,5.電磁流量計(jì)工作原理:如圖所示,圓形導(dǎo)管直徑為d,用非磁性材料制成,導(dǎo)電液體在管中向左流動(dòng),導(dǎo)電液體中的自由電荷(正、負(fù)離子)在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn),a、b間出現(xiàn)電勢(shì)差,形成電場(chǎng),當(dāng)自由電荷所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡時(shí),a、b間的電勢(shì)差就保持穩(wěn)定,,-10-,基礎(chǔ)夯實(shí),自我診斷,6.霍爾效應(yīng)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放置一個(gè)矩形截面的載流導(dǎo)體,當(dāng)磁場(chǎng)方向　與電流方向垂直時(shí),導(dǎo)體在與

7、磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢(shì)差　,這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng),其原理如圖所示。,,,,7.電視顯像管電視顯像管是應(yīng)用電子束磁偏轉(zhuǎn)　(選填“電偏轉(zhuǎn)”或“磁偏轉(zhuǎn)”)的原理來(lái)工作的,使電子束偏轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)　(選填“電場(chǎng)”或“磁場(chǎng)”)是由兩對(duì)偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的。顯像管工作時(shí),由陰極　發(fā)射電子束,利用磁場(chǎng)　(選填“電場(chǎng)”或“磁場(chǎng)”)來(lái)使電子束偏轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)電視技術(shù)中的掃描,使整個(gè)熒光屏都在發(fā)光。,,,,,-11-,基礎(chǔ)夯實(shí),自我診斷,速度選擇器、磁流體

8、發(fā)電機(jī)、霍爾效應(yīng)和電磁流量計(jì)有什么共性的地方?提示：速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)的兩極產(chǎn)生穩(wěn)定電勢(shì)差時(shí),霍爾效應(yīng)中霍爾電勢(shì)差達(dá)到穩(wěn)定時(shí),電磁流量計(jì)電勢(shì)差達(dá)到穩(wěn)定時(shí),其本質(zhì)都是粒子勻速通過(guò)相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡。,-12-,基礎(chǔ)夯實(shí),自我診斷,1.(多選)地球大氣層外部有一層復(fù)雜的電離層,既分布有地磁場(chǎng),也分布有電場(chǎng)。假設(shè)某時(shí)刻在該空間中有一小區(qū)域存在如圖所示的電場(chǎng)和磁場(chǎng);電場(chǎng)的方向在紙面內(nèi)斜向左下方,磁場(chǎng)的方向

9、垂直紙面向里。此時(shí)一帶電宇宙粒子恰以速度v垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)射入該區(qū)域,不計(jì)重力作用,則在該區(qū)域中,有關(guān)該帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況可能的是(　　)A.仍做直線運(yùn)動(dòng)B.立即向左下方偏轉(zhuǎn)C.立即向右上方偏轉(zhuǎn)D.可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng),答案,解析,-13-,基礎(chǔ)夯實(shí),自我診斷,2.(多選)磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù),它可以把物體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能,右圖是它的示意圖。平行金屬板A、B之間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng),將一束等離子體(即高溫下電離的氣體

10、,含有大量正、負(fù)離子)噴入磁場(chǎng),A、B兩板間便產(chǎn)生電壓。如果把A、B和用電器連接,A、B就是直流電源的兩個(gè)電極,設(shè)A、B兩板間距為d,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B',等離子體以速度v沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入A、B兩板之間,則下列說(shuō)法正確的是(　　)A.A是直流電源的正極B.B是直流電源的正極C.電源的電動(dòng)勢(shì)為B'dvD.電源的電動(dòng)勢(shì)為qvB',答案,解析,-14-,基礎(chǔ)夯實(shí),自我診斷,3.(多選)回旋加速器的原理如圖

11、所示,它由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成,其間留有空隙,下列說(shuō)法正確的是(　　)A.離子從電場(chǎng)中獲得能量B.離子從磁場(chǎng)中獲得能量C.只增大空隙距離可增加離子從回旋加速器中獲得的動(dòng)能D.只增大D形盒的半徑可增加離子從回旋加速器中獲得的動(dòng)能,答案,解析,-15-,基礎(chǔ)夯實(shí),自我診斷,4.(2018·北京卷)某空間存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)。一個(gè)帶電粒子(不計(jì)重力)以一定初速度射入該空間后,做勻速直線運(yùn)動(dòng);若僅撤除電場(chǎng),

12、則該粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。下列因素與完成上述兩類(lèi)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的是(　　)A.磁場(chǎng)和電場(chǎng)的方向B.磁場(chǎng)和電場(chǎng)的強(qiáng)弱C.粒子的電性和電荷量D.粒子入射時(shí)的速度,答案,解析,-16-,基礎(chǔ)夯實(shí),自我診斷,5.如圖所示,一束粒子(不計(jì)重力,初速度可忽略)緩慢通過(guò)小孔O1進(jìn)入極板間電壓為U的水平加速電場(chǎng)區(qū)域Ⅰ,再通過(guò)小孔O2射入相互正交的恒定勻強(qiáng)電場(chǎng)、磁場(chǎng)區(qū)域Ⅱ,其中磁場(chǎng)的方向如圖所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可根據(jù)實(shí)際要求調(diào)節(jié),收集室的小孔O3與O1、

13、O2在同一條水平線上。則收集室收集到的是(　　)A.具有特定質(zhì)量和特定比荷的粒子B.具有特定速度和特定比荷的粒子C.具有特定質(zhì)量和特定速度的粒子D.具有特定動(dòng)能和特定比荷的粒子,答案,解析,-17-,基礎(chǔ)夯實(shí),自我診斷,6.為監(jiān)測(cè)某化工廠含離子污水的排放情況,技術(shù)人員在排污管中安裝了監(jiān)測(cè)裝置,該裝置的核心部分是一個(gè)用絕緣材料制成的空腔,其寬和高分別為b和c,左、右兩端開(kāi)口與排污管相連,如圖所示。在垂直于上、下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度

14、大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),在空腔前、后兩個(gè)側(cè)面上各有長(zhǎng)為a的相互平行且正對(duì)的電極M和N,M、N與內(nèi)阻為R的電流表相連。污水從左向右流經(jīng)該裝置時(shí),電流表將顯示出污水排放情況。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)A.M板比N板電勢(shì)低B.污水中離子濃度越高,則電流表的示數(shù)越小C.污水流量越大,則電流表的示數(shù)越大D.若只增大所加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,則電流表的示數(shù)也增大,答案,解析,-18-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(師生共研)1

15、.是否考慮粒子重力的三種情況(1)對(duì)于微觀粒子,如電子、質(zhì)子、離子等,因?yàn)槠渲亓σ话闱闆r下與電場(chǎng)力或磁場(chǎng)力相比太小,可以忽略;而對(duì)于一些宏觀物體,如帶電小球、液滴、金屬塊等一般應(yīng)當(dāng)考慮其重力。(2)在題目中有明確說(shuō)明是否要考慮重力的,這種情況比較正規(guī),也比較簡(jiǎn)單。(3)不能直接判斷是否要考慮重力的,在進(jìn)行受力分析與運(yùn)動(dòng)分析時(shí),要由分析結(jié)果確定是否要考慮重力。,-19-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,2.“電偏轉(zhuǎn)”和“磁偏轉(zhuǎn)”的比較,-2

16、0-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,-21-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,例1(多選)如圖所示,在x軸的上方有沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度為E;在x軸的下方等腰三角形CDM區(qū)域內(nèi)有垂直于xOy平面由內(nèi)向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,其中C、D在x軸上,C、D、M到原點(diǎn)O的距離均為a?，F(xiàn)將一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子,從y軸上的P點(diǎn)由靜止釋放,設(shè)P點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為h,不計(jì)重力作用與空氣阻力的影響。下列說(shuō)法正確的是(　　),答案,解析,-2

17、2-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,例2如圖所示,坐標(biāo)平面第Ⅰ象限內(nèi)存在大小為E=4×105 N/C、方向水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng),在第Ⅱ象限內(nèi)存在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。質(zhì)荷比 =4×10-10 kg/C的帶正電的粒子,以初速度v0=2×107 m/s從x軸上的A點(diǎn)垂直x軸射入電場(chǎng),OA=0.2 m,不計(jì)粒子的重力。(1)求粒子經(jīng)過(guò)y軸時(shí)的位置到原點(diǎn)O的距離;(2)若要使粒子不能進(jìn)入第Ⅲ象限,

18、求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的取值范圍(不考慮粒子第二次進(jìn)入電場(chǎng)后的運(yùn)動(dòng)情況)。,-23-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,解析： (1)設(shè)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t,粒子經(jīng)過(guò)y軸時(shí)的位置與原點(diǎn)O的距離為y,則,代入數(shù)據(jù)解得a=1.0×1015 m/s2,t=2.0×10-8 s,y=0.4 m。(2)粒子經(jīng)過(guò)y軸時(shí)在電場(chǎng)方向的分速度為:vx=at=2×107 m/s粒子經(jīng)過(guò)y軸時(shí)速度為,-24-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,

19、要使粒子不進(jìn)入第Ⅲ象限,如圖所示,此時(shí)粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R,,答案： (1)0.4 m　(2)B≥(2 +2)×10-2 T,思維點(diǎn)撥(1)帶電粒子在第Ⅰ象限內(nèi)做類(lèi)平拋　運(yùn)動(dòng),在第Ⅱ象限內(nèi)做勻速圓周　運(yùn)動(dòng)。 (2)粒子恰不能進(jìn)入第Ⅲ象限的條件是運(yùn)動(dòng)軌跡與x軸相切　。,,,,-25-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,方法歸納帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的分析思路及技巧1.基本思路,2.解題關(guān)鍵:抓住聯(lián)系兩個(gè)場(chǎng)的紐帶

20、——速度。,-26-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,突破訓(xùn)練1.(2018·天津卷)如圖所示,在水平線ab的下方有一勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度為E,方向豎直向下,ab的上方存在勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向里。磁場(chǎng)中有一內(nèi)、外半徑分別為R、 R的半圓環(huán)形區(qū)域,外圓與ab的交點(diǎn)分別為M、N。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負(fù)電粒子在電場(chǎng)中P點(diǎn)靜止釋放,由M進(jìn)入磁場(chǎng),從N射出。不計(jì)粒子重力。,-27-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,(1)

21、求粒子從P到M所用的時(shí)間t;(2)若粒子從與P同一水平線上的Q點(diǎn)水平射出,同樣能由M進(jìn)入磁場(chǎng),從N射出。粒子從M到N的過(guò)程中,始終在環(huán)形區(qū)域中運(yùn)動(dòng),且所用的時(shí)間最少,求粒子在Q點(diǎn)時(shí)速度v0的大小。,解析：(1)設(shè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度大小為v,所受洛倫茲力提供向心力,有,設(shè)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所受電場(chǎng)力為F,有F=qE②設(shè)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的加速度為a,根據(jù)牛頓第二定律有F=ma③粒子在電場(chǎng)中做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),有v=at④,

22、-28-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,(2)粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其周期與速度、半徑無(wú)關(guān),運(yùn)動(dòng)時(shí)間只由粒子所通過(guò)的圓弧所對(duì)的圓心角的大小決定。故當(dāng)軌跡與內(nèi)圓相切時(shí),所用的時(shí)間最短。設(shè)粒子在磁場(chǎng)中的軌跡半徑為r',由幾何關(guān)系可得,設(shè)粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度方向與ab的夾角為θ,即圓弧所對(duì)圓心角的一半,由幾何關(guān)系知,-29-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,粒子從Q點(diǎn)射出后在電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),在電場(chǎng)方向上的分運(yùn)動(dòng)和從P點(diǎn)釋放后的運(yùn)動(dòng)情況

23、相同,所以粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)沿豎直方向的速度同樣為v。在垂直于電場(chǎng)方向上的分速度始終等于v0,由運(yùn)動(dòng)的合成和分解可得,-30-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(多維探究)1.帶電粒子在疊加場(chǎng)中無(wú)約束情況下的運(yùn)動(dòng)情況分類(lèi)(1)磁場(chǎng)力、重力并存①若重力和洛倫茲力平衡,則帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。②若重力和洛倫茲力不平衡,則帶電體將做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng),因洛倫茲力不做功,故機(jī)械能守恒,由此可求解問(wèn)題。(2)電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力并存(

24、不計(jì)重力的微觀粒子)①若電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡,則帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。②若電場(chǎng)力和洛倫茲力不平衡,則帶電體將做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng),因洛倫茲力不做功,可用動(dòng)能定理求解問(wèn)題。,-31-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,(3)電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力、重力并存①若三力平衡,一定做勻速直線運(yùn)動(dòng)。②若重力與電場(chǎng)力平衡,一定做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。③若合力不為零且與速度方向不垂直,將做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng),因洛倫茲力不做功,可用能量守恒或動(dòng)能定理求解問(wèn)題。2.帶電粒子在疊

25、加場(chǎng)中有約束情況下的運(yùn)動(dòng)帶電體在復(fù)合場(chǎng)中受輕桿、輕繩、圓環(huán)、軌道等約束的情況下,除受場(chǎng)力外,還受彈力、摩擦力作用,常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)形式有直線運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng),此時(shí)解題要通過(guò)受力分析明確變力、恒力做功情況,并注意洛倫茲力不做功的特點(diǎn),運(yùn)用動(dòng)能定理、能量守恒定律結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律求出結(jié)果。,-32-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,例3(2017·全國(guó)卷Ⅰ)如圖所示,空間某區(qū)域存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)方向豎直向上(與紙面平行),磁場(chǎng)方向垂直于

26、紙面向里。三個(gè)帶正電的微粒a、b、c電荷量相等,質(zhì)量分別為ma、mb、mc。已知在該區(qū)域內(nèi),a在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運(yùn)動(dòng),c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)。下列選項(xiàng)正確的是(　　)A.ma>mb>mcB.mb>ma>mcC.mc>ma>mbD.mc>mb>ma,答案,解析,-33-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,例4如圖所示,兩塊水平放置、相距為d的長(zhǎng)金

27、屬板接在電壓可調(diào)的電源上。兩板之間的右側(cè)區(qū)域存在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。將噴墨打印機(jī)的噴口靠近上板下表面,從噴口連續(xù)不斷噴出質(zhì)量均為m、水平速度均為v0、帶相等電荷量的墨滴。調(diào)節(jié)電源電壓至U,墨滴在電場(chǎng)區(qū)域恰能沿水平向右做勻速直線運(yùn)動(dòng);進(jìn)入電場(chǎng)、磁場(chǎng)共存區(qū)域后,最終垂直打在下板的M點(diǎn)。,-34-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,(1)判斷墨滴所帶電荷的種類(lèi),并求其電荷量;(2)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的值;(3)現(xiàn)保持噴口方向不變,使其豎直下移到

28、兩板中間的位置。為了使墨滴仍能到達(dá)下板M點(diǎn),應(yīng)將磁感應(yīng)強(qiáng)度調(diào)至B',則B'的大小為多少?,解析： (1)墨滴在電場(chǎng)區(qū)域做勻速直線運(yùn)動(dòng),有,由于電場(chǎng)方向向下,電荷所受靜電力向上,可知墨滴帶負(fù)電荷。(2)墨滴垂直進(jìn)入電、磁場(chǎng)共存區(qū)域,重力仍與靜電力平衡,合力等于洛倫茲力,墨滴做勻速圓周運(yùn)動(dòng),,-35-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考慮墨滴進(jìn)入磁場(chǎng)和撞板的幾何關(guān)系,可知墨滴在該區(qū)域恰完成四分之一圓周運(yùn)動(dòng),則半徑R=d④,-36-

29、,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,思維點(diǎn)撥(1)墨滴在電場(chǎng)區(qū)域受到重　力和電場(chǎng)　力。二力滿足大小相等　關(guān)系時(shí),墨滴做勻速直線運(yùn)動(dòng)。 (2)進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域后,墨滴受到的合力等于洛倫茲力　,因此做勻速圓周　運(yùn)動(dòng)。 (3)墨滴垂直打到M點(diǎn)時(shí),圓周半徑為d　。,,,,,,,,-37-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,方法歸納粒子在疊加場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)分析思路,-38-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,突破訓(xùn)練2.如圖所示,在足夠大的空間范圍內(nèi),同時(shí)存在

30、著豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度為E,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。足夠長(zhǎng)的斜面固定在水平面上,斜面傾角為45°。有一帶電的小球P靜止于斜面頂端A處,且恰好對(duì)斜面無(wú)壓力。若將小球P以初速度v0水平向右拋出(P視為質(zhì)點(diǎn)),一段時(shí)間后,小球落在斜面上的C點(diǎn)。已知小球的運(yùn)動(dòng)軌跡在同一豎直平面內(nèi),重力加速度為g,求:,-39-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,(1)小球P落到斜面上時(shí)速度方向與斜面的夾角θ及由A到C所需的時(shí)間t;(2

31、)小球P從拋出到落到斜面的位移x的大小。,解析：(1)小球P靜止時(shí)不受洛倫茲力作用,僅受自身重力和電場(chǎng)力,對(duì)斜面無(wú)壓力,則受力平衡,mg=qE①P獲得水平初速度后由于重力和電場(chǎng)力平衡,將在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由對(duì)稱性可得小球P落到斜面上時(shí)其速度方向與斜面的夾角為45°。,-40-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,-41-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,現(xiàn)代科技中的電磁場(chǎng)問(wèn)題(自主悟透),突破訓(xùn)練3.(多選)回旋加速器是加速帶電

32、粒子的裝置,其核心部分是與高頻交流電源相連接的兩個(gè)D形金屬盒,兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場(chǎng),使粒子在通過(guò)狹縫時(shí)都能得到加速,兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,如圖所示,要增大帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能,需(　　)A.增大勻強(qiáng)電場(chǎng)的加速電壓B.增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度C.減小狹縫寬度D.增大D形金屬盒的半徑,BD,-42-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,4.一臺(tái)質(zhì)譜儀的工作原理如圖所示,電荷量均為+q、質(zhì)量不同的離子飄入電壓為U0的

33、加速電場(chǎng),其初速度幾乎為零。這些離子經(jīng)加速后通過(guò)狹縫O沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),最后打在底片上。已知放置底片的區(qū)域MN=l,且OM=l。某次測(cè)量發(fā)現(xiàn)MN中左側(cè) 區(qū)域MQ損壞,檢測(cè)不到離子,但右側(cè) 區(qū)域QN仍能正常檢測(cè)到離子。在適當(dāng)調(diào)節(jié)加速電壓后,原本打在MQ區(qū)域的離子即可在QN區(qū)域檢測(cè)到。,-43-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,(1)求原本打在MN中點(diǎn)P的離子質(zhì)量m;(2)為使原本打在P點(diǎn)的離子能打在QN區(qū)

34、域,求加速電壓U的調(diào)節(jié)范圍。,答案,解析,-44-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,方法歸納1.解決實(shí)際問(wèn)題的一般過(guò)程,-45-,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,2.關(guān)于回旋加速器與速度選擇器的幾點(diǎn)注意(1)回旋加速器的加速電壓增大時(shí),粒子每次獲得的動(dòng)能增大,加速的次數(shù)減少,但粒子獲得的最大動(dòng)能不受加速電壓變化的影響。(2)帶電粒子在速度選擇器中若做曲線運(yùn)動(dòng),則曲線運(yùn)動(dòng)不是“類(lèi)平拋”運(yùn)動(dòng)。(3)速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)都利用了力的平衡

35、知識(shí)。,-46-,方法概述,典例示范,以題說(shuō)法,變式訓(xùn)練,帶電粒子在交變電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在交變電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的基本思路先讀圖→明確場(chǎng)的變化情況受力分析→分析粒子在不同的變化場(chǎng)區(qū)的受力情況過(guò)程分析→分析粒子在不同時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況建?！Ｗ釉诓煌\(yùn)動(dòng)階段,各有怎樣的運(yùn)動(dòng)模型找銜接點(diǎn)→找出銜接相鄰兩過(guò)程的物理量,-47-,方法概述,典例示范,以題說(shuō)法,變式訓(xùn)練,選規(guī)律→聯(lián)立不同階段的方程求解,-48-,方法

36、概述,典例示范,以題說(shuō)法,變式訓(xùn)練,-49-,方法概述,典例示范,以題說(shuō)法,變式訓(xùn)練,(1)求粒子到達(dá)D點(diǎn)時(shí)的速率;(2)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B1=0.3 T時(shí)粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期和半徑;(3)若在距D點(diǎn)左側(cè)d=21 cm處有一垂直于MN的足夠大的擋板ab,求粒子從C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到擋板所用的時(shí)間。,-50-,方法概述,典例示范,以題說(shuō)法,變式訓(xùn)練,解析： (1)粒子在電場(chǎng)中做勻加速直線運(yùn)動(dòng),則qE0=ma,v0=at1 (2分)解得v0=1.

37、5×104 m/s。 (1分)(2)設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B1=0.3 T時(shí),粒子運(yùn)動(dòng)的半徑為r1,運(yùn)動(dòng)周期為T(mén)1,,(3)設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B2=0.5 T時(shí),粒子運(yùn)動(dòng)半徑為r2,運(yùn)動(dòng)周期為T(mén)2,,-51-,方法概述,典例示范,以題說(shuō)法,變式訓(xùn)練,由以上計(jì)算可知,粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡為如圖所示的周期運(yùn)動(dòng),每一個(gè)周期運(yùn)動(dòng)的水平距離為s=2(r1+r2)=16 cm(2分)所以,粒子運(yùn)動(dòng)1個(gè)整數(shù)周期后余下的距離為Δd=d-s=5 cm=r1

38、(2分)粒子從C點(diǎn)出發(fā)運(yùn)動(dòng)到擋板的時(shí)間為,-52-,方法概述,典例示范,以題說(shuō)法,變式訓(xùn)練,1.解決帶電粒子在交變電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題時(shí),關(guān)鍵要明確粒子在不同時(shí)間段內(nèi)、不同區(qū)域內(nèi)的受力特性,對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)情景、運(yùn)動(dòng)性質(zhì)做出判斷。2.這類(lèi)問(wèn)題一般都具有周期性,在分析粒子運(yùn)動(dòng)時(shí),要注意粒子的運(yùn)動(dòng)周期、電場(chǎng)周期、磁場(chǎng)周期的關(guān)系。3.帶電粒子在交變電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)仍遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律、運(yùn)動(dòng)的合成與分解、動(dòng)能定理、能量守恒定律等力學(xué)規(guī)律,所以此類(lèi)

39、問(wèn)題的研究方法與質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)相同。,-53-,方法概述,典例示范,以題說(shuō)法,變式訓(xùn)練,1.如圖甲所示,寬度為d的豎直狹長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)(邊界為L(zhǎng)1、L2),存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和豎直方向的周期性變化的電場(chǎng)(如圖乙所示),電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E0,E>0表示電場(chǎng)方向豎直向上。t=0時(shí),一帶正電、質(zhì)量為m的微粒從左邊界上的N1點(diǎn)以水平速度v射入該區(qū)域,沿直線運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)后,做一次完整的圓周運(yùn)動(dòng),再沿直線運(yùn)動(dòng)到右邊界上的N2點(diǎn)。Q為線段N1N2的

40、中點(diǎn),重力加速度為g。上述d、E0、m、v、g為已知量。,-54-,方法概述,典例示范,以題說(shuō)法,變式訓(xùn)練,(1)求微粒所帶電荷量q和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小;(2)求電場(chǎng)變化的周期T;(3)改變寬度d,使微粒仍能按上述運(yùn)動(dòng)過(guò)程通過(guò)相應(yīng)寬度的區(qū)域,求T的最小值。,解析： (1)微粒做直線運(yùn)動(dòng),則mg+qE0=qvB①微粒做圓周運(yùn)動(dòng),則mg=qE0②,(2)設(shè)微粒從N1運(yùn)動(dòng)到Q的時(shí)間為t1,做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為t2,,-55-,方法概述,典

41、例示范,以題說(shuō)法,變式訓(xùn)練,-56-,方法概述,典例示范,以題說(shuō)法,變式訓(xùn)練,2.如圖甲所示,豎直擋板MN左側(cè)空間有方向豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)和磁場(chǎng)的范圍足夠大,電場(chǎng)強(qiáng)度E=40 N/C,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖像如圖乙所示,選定磁場(chǎng)垂直紙面向里為正方向。t=0時(shí)刻,一質(zhì)量m=8×10-4 kg、電荷量q=+2×10-4 C的微粒在O點(diǎn)具有豎直向下的速度v=0.12 m/s,O&

42、#39;是擋板MN上一點(diǎn),直線OO'與擋板MN垂直,g取10 m/s2。,-57-,方法概述,典例示范,以題說(shuō)法,變式訓(xùn)練,(1)求微粒再次經(jīng)過(guò)直線OO'時(shí)與O點(diǎn)的距離;(2)求微粒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中離開(kāi)直線OO'的最大高度;(3)水平移動(dòng)擋板,使微粒能垂直射到擋板上,求擋板與O點(diǎn)間的距離應(yīng)滿足的條件。,解析：(1)根據(jù)題意可知,微粒所受的重力G=mg=8×10-3 N①靜電力大小F=qE=8×

43、;10-3 N②因此重力與靜電力平衡在0~5π s時(shí)間內(nèi)微粒在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),,得T=10π s⑥,-58-,方法概述,典例示范,以題說(shuō)法,變式訓(xùn)練,則微粒在5π s內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)半個(gè)圓周,再次經(jīng)直線OO'時(shí)與O點(diǎn)的距離l=2R⑦將數(shù)據(jù)代入上式解得l=1.2 m。⑧(2)微粒運(yùn)動(dòng)半周后向上勻速運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t=5π s;在10π~15π s時(shí)間內(nèi),又做勻速圓周運(yùn)動(dòng),軌跡如圖所示,在5π~10π s時(shí)

44、間內(nèi)位移大小s=vt⑨由⑨式解得s=1.88 m⑩因此,微粒離開(kāi)直線OO'的最大高度H=s+R=2.48 m。,-59-,方法概述,典例示范,以題說(shuō)法,變式訓(xùn)練,(3)若微粒能垂直射到擋板上的某點(diǎn)P,P點(diǎn)在直線OO'下方時(shí),由圖像可以知道,擋板MN與O點(diǎn)間的距離應(yīng)滿足l=(2.4n+0.6) m(n=0,1,2,…) 若P點(diǎn)在直線OO'上方時(shí),由圖像可以知道,擋板MN與O點(diǎn)間的距離應(yīng)滿足l=(2.4n+1