高三物理一轮复习 第8章 第3讲 带电粒子在复合场中的运动课件
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高考物理一轮复习课件：8-3 带电粒子在复合场中的运动
解析：带电微粒在有电场力、洛伦兹力和重力作用的区 域能够做匀速圆周运动，说明重力必与电场力大小相等、方 向相反，由于重力方向总是竖直向下，故微粒受电场力方向 向上，从题图中可知微粒带负电，选项 A 正确．微粒分裂后 只要比荷相同，所受电场力与重力一定平衡(选项 A 中的等式 一定成立)，只要微粒的速度不为零，必可在洛伦兹力作用下 做匀速圆周运动，选项 B 正确，D 错误．根据半径公式 r＝mqBv
由洛伦兹力充当向心力得 qv0B＝mvR20 由图可得 R＝b 解得 v0＝qmbB
甲
乙
8－3－9
(2)在 POx 区域加电场 E 后，粒子以速度 v0 进入电场后做 类抛体运动，在 C 点以速度 v 垂直 x 轴射出，如图 8－3－9 乙．由题意，此过程可逆．
故有 v＝v0cos30°＝ 23v0＝
(3)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，且与初速度方向不在□5 同一条直线 上时，
粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子的运动轨迹既不是圆弧， 也不是抛物线．
(4)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，其运动情况随区域发生□6 变化 ，其运动过
程由几种不同的运动阶段组成．
解析：带电小球在复合场中运动一定受重力和电场力， 是否受洛伦兹力需具体分析．A 选项中若电场、磁场方向与 速度方向垂直，且洛伦兹力、电场力与重力的合力为 0 就会 做直线运动．B 选项中电场力、洛伦兹力都向上，若与重力合 力为 0，也会做直线运动．C 选项中电场力斜向里侧上方，洛 伦兹力斜向外侧下方，若与重力的合力为 0，就会做直线运 动．D 选项三个力的合力不可能为 0，因此选项 A、B、C 正 确．
二、带电粒子在复合场中运动的应用实例
2017届高三物理一轮复习 第8章 磁场 第3讲 带电粒子在复合场中的运动课件
考点一
反思提升
“两招”巧解组合场问题
NO.1 梳理主干
牢固记忆
(1)求解策略：“各个击破”
NO.2 题组训练 提升能力
(2)抓住联系两个场的纽带——速度．
考点二
带电粒子在叠加场中的运动
NO.1 梳理主干
1．叠加场：电场、 磁场 、重力场共存，或其中某两场共存． 2．带电粒子在叠加场中的运动类型 (1)静止或匀速直线运动 当带电粒子在复合场中所受合力为零时，将处于 静止 状态或做
利用类似平抛运动的规律 求解：vx＝v0，x＝v0t qE vy＝ m · t， 1 qE 2 y＝ · · t 2m 偏转角 φ： vy qEt tan φ＝v ＝ x mv0
mv 半径：r＝ qB 2πm 周期：T＝ qB 偏移距离 y 和偏转角 φ 要 结合圆的几何关系利用圆 周运动规律讨论求解
第 3讲
带电粒子在复合场中的运动
考点一
带电粒子在组合场中的运动
NO.1 梳理主干
1．组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，或在同 一区域，电场、磁场分时间段或分区域交替出现．
牢固记忆
NO.2 题组训练 提升能力
考点一
2．“电偏转”与“磁偏转”的比较
NO.1 梳理主干
牢固记忆
垂直电场线进入匀强电 场(不计重力)
2－1qhB2 m
(2)设粒子第一次经过 x 轴的位 置为 x1， 到达 b 点时速度大小为 vb，结合类平抛运动规律，有 vb＝v1cos 45° qBh 得 vb＝ m 设粒子进入电场经过时间 t 运动 到 b 点，b 点的纵坐标为－yb. 结合类平抛运动规律得 r＋rsin 45° ＝vbt 2＋1 1 yb＝ (v1sin 45° ＋0)t＝ h 2 2 1 2 1 由动能定理有－qEyb＝ mvb － 2 2 mv2 1 2－1qhB2 解得 E＝ m
高考物理一轮复习第八章第3单元带电粒子在复合场中运动课件
解析：两离子所带电荷量之比为 1∶3，在电场中时由 qE＝ma 知 a∝q，故加速度之比为 1∶3，A 错误；离开电场区域时的动能由 v2 Ek＝qU 知 Ek∝q，故 D 正确；在磁场中运动的半径由 Bq2mU 1 故 B 正确； 设磁场区域的宽度为 d， q ∝ q，
4 ． 质量为 m 的带电小球在正交的匀强电场、匀强磁场中做匀 速圆周运动，轨道平面在竖直平面内，电场方向竖直向下，磁场方 向垂直圆周所在平面向里，如图所示，由此可知( A．小球带正电，沿顺时针方向运动 B．小球带负电，沿顺时针方向运动 C．小球带正电，沿逆时针方向运动 D．小球带负电，沿逆时针方向运动 )
重力场
静电场
磁场 mg
洛伦兹力F＝________，方 洛伦兹力__________，不改 向可用________定则判断 变带电粒子的________ 竖直向下 路径 重力势能 qE 相同 相反 路径
电势
q vB
左手
不做功
动能
二、带电粒子在复合场中常见的几种运动 1．静止或匀速直线运动 当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于________或 ______． 2．匀速圆周运动 当带电粒子所受的重力与静电力大小相等、方向相反时，带电 粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做 ____________． 3．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，其运动情 况随区域发生变化，其发生过程由几种不同的运动阶段组成．
＋ ＋
场加速后，垂直进入磁感应强度大小为 B、方 向垂直纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域， 如图所示．已知离子 P 在磁场中转过 θ＝30° 后 从磁场右边界射出．在电场和磁场中运动时， 离子 P 和 P3 (
＋ ＋ ＋
高三物理一轮复习精品课件4：专题八 带电粒子在复合场中的运动
2、电场和匀强磁场共存区域
功
处理方法： 二力平衡~匀速直线运动
能
关
不平衡~复杂的曲线运动
系
【例1】如图所示，一带电粒子重力不计，射出时动 能减少，若要使带电粒子的动能增加
A 使带电粒子性质与原来相反 B 使带电粒子电荷量增加 C 增大两金属板间的电势差 D 增大磁感应强度
【例2】如图所示，一带电微粒从两竖直的带等量异 种电荷的平板上方h处自由落下，两板间还存在匀 强磁场，方向垂直纸面向里，带电小球通过正交的 电磁场时 C
个数
速度选择器 磁流体发电机 霍尔效应 电磁流量计
+ + ++ × ××× × ×××
-- - -
hd A
I
A′
建立模型的重要性
科学抽象的一个重要方面就是建立理想化模型。这 对“问题解决”起着至关重要的的作用。近几年高 考每年都要考到很多实际问题。解决实际问题的思 路是：建立实际问题的理想化模型，将其过程理想 化，模型化。对于每一个模型，采用特定的方法予 以解决。
磁场作用：使粒子在D形盒内_____ _。 交变电
压频率=粒子回旋频率：f=
。
例题 如图为处于真空室内的回旋加速器示意图，质量 为m，带电量为q的带电粒子，刚进入两D形盒间隙时速 度可忽略不计，D形盒间隙间加有电压为U的同步交变电 压，能使带电粒子每经过D形盒的间隙就被加速一次， 两D形盒中的匀强磁场使粒子在盒内作匀速圆周运动， 最后达到较大的动能后从外侧出口处被引出进行科学如 图实验。若D形盒的半径为R，垂直D形盒的匀强磁场磁 感应强度为B，粒子所受重力忽略 不计，粒子经过D形盒间隙的时间不计，求： （1）带电粒子被引出时的动能为多大？ （2）带电粒子在加速器中被加速的次数及时间。
高考物理总复习 第八章 第三讲 带电粒子在复合场中的运动课件 新人教版选修31
3.电磁流量计 工作原理：如右图所示，圆形导管直径为 d，用非磁性材料制成， 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)，在洛 伦兹力的作用下横向偏转，a、b 间出现电势差，形成电场，当自由电荷 所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b 间的电势差就保持稳定，即：qvB ＝qE＝qUd ，所以 v＝BUd，因此液体流量 Q＝Sv＝π4d2·BUd＝π4dBU.
力为 Ff2＝μFN2.此时应有 a＝0，即 mgsinα＝Ff2
在垂直杆方向上：FN2＋mgcosα＝qvmB
解得：
vm＝mg
sinα＋μcosα
μqB
.
[答案] (1)gsinα mgcosα/(qB)
mgsinα＋μcosα
(2)
μqB
题型一
(对应学生用书P158) 带电粒子在复合场中的直线运动
(对应学生用书P156) 一、复合场 1．定义：复合场是指电场、磁场、重力场并存，或其中某两场并 存．
2.三种场的比较
力的特点
功和能的特点
重力场 静电场 磁场
大小：G＝mg 方向：竖直向下
大小：F＝qE 方向：a.正电荷受力方向与场
强方向相同 b．负电荷受力方向与场强方
向相反
洛伦兹力F＝qvB 方向符合左手定则
[解析] 由于油滴做直线运动，故受力如右图. 若带正电，C项才 是合理的，并且速度恒定，若有变化，F洛即为变力，油滴将做曲线运动. 故选A、C.
[答案] AC
题型二 带电体在复合场中的圆周运动
(1)如果存在磁场和重力场，那么一定不考虑重力，洛伦兹力提供 向心力．
(2)如果带电粒子进入匀强电场、匀强磁场和重力场共同存在的复 合场中，重力和电场力等大反向，两个力的合力为零，粒子运动方向和 磁场方向垂直时，带电粒子在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，应用 牛顿第二定律结合圆周运动知识进行求解．
高考物理总复习一轮基础教学课件：8.3《带电粒子在复合场中的运动》ppt课件
(2)根据左手定则，如图中的B板是发电机________． (3)磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为 v，磁场磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差U ＝________. 3．电磁流量计
(1)如图所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制 成，其中有可以导电的液体流过导管； (2)原理：导电液体中的自由电荷(正、负离子)在 ________作用下横向偏转，a、b间出现________，形成电 场．当自由电荷所受电场力和洛伦兹力______时，a、b间的 U U 电势差就保持稳定．由Bqv＝Eq＝ d q，可得v＝ Bd ，液体流 πd2 U πdU 量Q＝Sv＝ · ＝ . 4 Bd 4B
mv 2mEk ④最大动能的计算：由R＝ qB ＝ qB 知，被加速粒子 的最大动能为Ek＝________，由此可知，在带电粒子质量、 电荷量被确定的情况下，粒子所获得的最大动能只与回旋加 速器的________和磁感应强度B有关，与加速电压无关．
答案 1．(1)加速电场 1 2 (2) mv ＝qU 2 2．(1)交流 偏转磁场 2mU q 半径R qr2B2 2U 2U B2r2
(1)构造：如图所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝 隙处接________电源．D形盒处于匀强磁场中． (2)原理 1 2 ①在电场中加速：qU＝ m(vn －v2 n－1)＝ΔEk. 2 v2 mv ②在磁场中旋转：qvB＝m R ，得R＝ qB . ③回旋加速条件：高频电源的周期T电场与带电粒子在D形 盒中运动的周期T回旋相同，即T电场＝T回旋＝________.
(3)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 度方向不在同一条直线上，粒子做非匀变速曲线运动，这时 粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线． (4)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 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．
高考物理一轮复习 第8章 第三节 带电粒子在复合场中的运动课件3
(1)求小滑块运动到 C 点时的速度大小 vC； (2)求小滑块从 A 点运动到 C 点过程中克服摩擦力做的功 Wf； (3)若 D 点为小滑块在电场力、洛伦兹力及重力作用下运动 过程中速度最大的位置，当小滑块运动到 D 点时撤去磁场， D 点时的速度大小为 vD，从 D 点运动到 P 点的时间为 t，求小 滑块运动到 P 点时速度的大小 vP.
(1)离子经过电场仅加速一次后能打到 P 点所需的磁感 应强度大小；
(2)能使离子打到 P 点的磁感应强度的所有可能值； (3)打到 P 点的能量最大的离子在磁场中运动的时间和 在电场中运动的时间．
4．(2015·浙江·25)使用回旋加速器的实验需要把离子束 从加速器中引出，离子束引出的方法有磁屏蔽通道法和静电 偏转法等．质量为 m，速度为 v 的离子在回旋加速器内旋转， 旋转轨道是半径为 r 的圆，圆心在 O 点，轨道在垂直纸面向 外的匀强磁场中，磁感应强度为 B.为引出离子束，使用磁屏 蔽通道法设计引出器．引出器原理如图所示，一对圆弧形金 属板组成弧形引出通道，通道的圆心位于 O′点(O′点图中 未画出)．引出离子时，令引出通道内磁场的磁感应强度降 低，从而使离子从 P 点进入通道，沿通道中心线从 Q 点射 出．已知 OQ 长度为 L，OQ 与 OP 的夹角为 θ.
3．(2015·重庆·9)如图为某种离子加速器的设计方案．两 个半圆形金属盒内存在相同的垂直于纸面向外的匀强磁 场．其中 MN 和 M′N′是间距为 h 的两平行极板，其上分 别有正对的两个小孔 O 和 O′，O′N′＝ON＝d，P 为靶 点，O′P＝kd(k 为大于 1 的整数)．极板间存在方向向上的 匀强电场，两极板间电压为 U.质量为 m、带电量为 q 的正离 子从 O 点由静止开始加速，经 O′进入磁场区域．当离子打 到极板上 O′N′区域(含 N′点)或外壳上时将会被吸收，两 虚线之间的区域无电场和磁场存在，离子可匀速穿过，忽略 相对论效应和离子所受的重力．求：
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D.若速度变为
1
v0(其他不变),将往下偏
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10
2
1. 答案 BD 由qE=qv0B知,当v0= E 时,粒子将不偏转。
B
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.如图所示,一块金属块放在匀强磁场中,通以沿x轴正方向的电流,若测得 金属块上表面的电势高于下表面的电势,则可判断磁场的方向是 ( ) A.沿y轴正方向 B.沿y轴负方向 C.沿z轴负方向 D.沿z轴正方向
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2. 答案 C 当通以沿x轴正方向的电流时金属块中电子会向x轴负方向 流动,而据题意知电子受力方向为向下,所以据左手定则知磁场方向沿z轴 负方向。
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3.如图有一混合正离子束先后通过正交电场磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域 Ⅱ,如果这束正离子束在区域Ⅰ中不偏转,进入区域Ⅱ后偏转半径又相同, 则说明这些正离子具有相同的 ( )
2 2mU Bq
,跟带电粒子⑩ 比荷
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4.磁流体发电机 (1)磁流体发电是一项新兴技术,它可以把 内 能直接转化为 电 能。 (2)根据左手定则,如图所示中的B是发电机的 正极 。
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(3)磁流体发电机两极板间的距离为d,等离子体速度为v,磁场感应强度为 B,则两极板间能达到的最大电势差U= Bdv 。 5.电磁流量计 工作原理:如图所示,圆导管直径为d,用非磁性材料制成,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)在洛伦兹力的作用下偏 转,a、b间出现电势差,形成电场,当自由电荷所受的洛伦兹力和电场力平
A.速度 B.质量 C.电荷量 D.比荷
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3. 答案 AD 设电场的场强为E,由于离子在区域Ⅰ中不发生偏转,则Eq= B1qv,得v= E ,即这些正离子具有相同的速度;当离子进入区域Ⅱ时,偏转半
B1 mE
径R= m v = B 1= E,由m 偏转半径相同,知这些正离子的比荷相同,故选项
1.是否考虑重力常见的三种情况 (1)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,可忽略。而对于一些宏观物体,如带电小球、液 滴、金属块等,一般应考虑重力。 (2)在题目中明确说明要求是否考虑重力。 (3)不能直接判断是否考虑重力的,在进行受力分析与运动分析时,要由分 析结果确定是否考虑重力,必要时可利用假设法。
B 2q 2r 2
2m 。
3.质谱仪
质量为m、电荷量为q的粒子,从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加
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5
速电场,其初速度几乎为零,从S2射出电场时的速度v=⑧
2qU
m ,然后
经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中,最后打
到照相底片D处,则S3与D的距离d=⑨ 的平方根 成反比。
B 2q B 2q B1B 2q
A、D正确。
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4.如图所示,匀强电场方向水平向右,匀强磁场方向垂直于纸面向里,一质量 为m、带电荷量为q的微粒以速度v沿与磁场垂直、与电场成45°角的方向 射入复合场中,恰能做匀速直线运动,求电场强度E的大小及磁感应强度B 的大小。
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4. 答案 E= m g B= 2 m g
直线 运动。
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2
(3)当带电粒子所受的合外力充当向心力且大小不变时,粒子将做⑤ 匀 速圆周运动 。 (4)当带电粒子所受合外力大小与方向均变化时,粒子将做⑥ 非匀变速
曲线运动,这类问题一般用能量关系来处理。 二、带电粒子在复合场中运动的典型应用 1.速度选择器(如图所示) (1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相① 垂直 。这种装置能把
IB
差 。这个现象称为霍尔效应。所产生的电势差为U= k d 。
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1.如图所示,一速度为v0、电荷量为q的正离子恰好能沿直线飞出离子速度 选择器,选择器中磁感应强度为B,电场强度为E,则( )
A.若改为电荷量为-q的离子(其他不变),将往上偏 B.若速度变为2v0(其他不变),将往上偏 C.若改为电荷量为+2q的离子(其他不变),将往下偏
q
qv
解析 由于带电微粒做匀速直线运动,且F洛与F电不共线,说明微粒必然还
要受到重力作用,且F洛必然斜向上,即粒子带正电,其受力如图,由qE= m g
tan 4 5
和mg=qvB sin 45°,解得E=m g ,B= 2 m g。
q
qv
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重难突破
重难一 带电粒子在复合场中运动的处理方法
浙江专用 物理
第3讲 带电粒子在复合场中的运动
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1
知识梳理
一、带电粒子在复合场中的运动 1.复合场:电场、① 磁场 、重力场共存,或其中某两场共存。 2.带电粒子在复合场中运动的几种情况 (1)当带电粒子在复合场中所受的合外力为零时,粒子将② 静止 或做 ③ 匀速直线 运动。 (2)当带电粒子所受的合外力与运动方向在同一条直线上时,粒子将做④
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2.灵活选用力学规律 (1)当带电粒子在复合场中做匀速运动时,应根据平衡条件列方程求解。 (2)当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时,往往应用牛顿第二定律和 平衡条件列方程联立求解。 (3)当带电粒子在复合场中做非匀变速曲线运动时,应选用动能定理或能 量守恒定律列方程求解。 3.对于临界问题,注意挖掘隐含条件。 4.带电粒子若连续通过不同复合场区,注意分段处理,关注不同阶段的连 接点。
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3
具有一定速度的粒子选择出来,所以叫做速度选择器。
(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是② 电场力等于
洛伦兹力 ,即v= E 。
B
2.回旋加速器
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4
回旋加速器是利用③ 电场 对电荷的加速作用和④ 磁场 对运动 电荷的偏转作用来获得高能粒子的装置。由于带电粒子在匀强磁场中
2 m
做匀速圆周运动的周期T=⑤ q B ,与速率无关,所以只要交变电场的
变化周期等于⑥ 粒子做圆周运动的周期 ,就可以使粒子每次通过电 场时都能得到加速。粒子通过D形金属盒时,由于金属盒的静电屏蔽作 用,盒内空间的电场极弱,所以粒子只受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动,
设D形盒的半径为r,则粒子获得的最大动能为⑦
衡时,a、b间的电势差就保持稳定,即:qvB=qE=q U ,所以v=
d
此液体流量Q=Sv= d ·2 U = 。d U
4 B d 4B
U
d B ,因
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6.霍尔效应 在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体,当
磁场方向 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了 电势