第三节带电粒子在复合场中的运动培训课件.ppt
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- 三节 带电 粒子 复合 中的 运动 培训 课件
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1、第三节带电粒子在复合场中的运动优选第三节带电粒子在复合场中的运动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合场中所受合外力当带电粒子在复合场中所受合外力_时,将处于静止状态或做匀时,将处于静止状态或做匀速直线运动速直线运动为零为零(2)匀速圆周运动匀速圆周运动当带电粒子所受的当带电粒子所受的_与与_大小相等、方向相反时,大小相等、方向相反时,带电粒子在带电粒子在_的作用下,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重力重力电场力电场力洛伦兹力洛伦兹力(3)非匀变速曲线运动非匀变速
2、曲线运动当带电粒子所受的合外力的大小和方当带电粒子所受的合外力的大小和方向均变化,且与初速度方向不在同一向均变化,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,也不这时粒子运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线是抛物线二、带电粒子在复合场中运动的实例二、带电粒子在复合场中运动的实例分析分析1速度选择器速度选择器(如图如图1131)图图1131(1)平行板间电场强度平行板间电场强度E和磁感应强度和磁感应强度B互互相相_这种装置能把具有一定这种装置能把具有一定_的粒子选择出来,所以叫做的粒子选择出来,所以叫做速度选择器速度选择器(2)
3、带电粒子能够沿直线匀速通过速度选带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择 器 的 条 件 是择 器 的 条 件 是 q E _ _ _ _ _ _,即,即 v .垂直垂直速度速度qvB2磁流体发电机磁流体发电机(如图如图1132)(1)磁流体发电是一项新兴技术,它可磁流体发电是一项新兴技术,它可以把以把_能直接转能直接转化为化为_能能(2)根据左手定则,根据左手定则,如图中的如图中的B板是发电机板是发电机_图图1132内内电电正极正极(3)磁流体发电机两极板间的距离为磁流体发电机两极板间的距离为d,等离子体速度为等离子体速度为v,磁场磁感应强度为,磁场磁感应强度为B,则两极板间能达到的最大电势差,则
4、两极板间能达到的最大电势差U_.3电磁流量计电磁流量计(1)如图如图1133所示,一圆形导管直所示,一圆形导管直径为径为d,用非磁性材料制成,其中有,用非磁性材料制成,其中有可以导电的液体流过导管可以导电的液体流过导管Bdv(2)原理导电液体中的自由电荷原理导电液体中的自由电荷(正、负正、负离子离子)在在_作用下横向偏转,作用下横向偏转,a、b间出现间出现_,形成电,形成电场当自由电荷所受电场力和洛伦兹场当自由电荷所受电场力和洛伦兹力力_时,时,a、b间的电势差间的电势差就保持稳定就保持稳定洛伦兹力洛伦兹力电势差电势差平衡平衡图图1133(1)静止或匀速直线运动(3)若带电质点在满足第(2)问
5、的条件下运动到空中某一位置M点时立即撤去磁场,此后运动到空中另一位置N点5 T,一带电荷量q0.(3)若带电质点在满足第(2)问的条件下运动到空中某一位置M点时立即撤去磁场,此后运动到空中另一位置N点(1)小球运动到O点时的速度大小;二、带电粒子在复合场中运动的一般思路(1)小球运动到O点时的速度大小;(4)对于粒子连续通过几个不同情况的场的问题,要分阶段进行处理对于临界问题,注意挖掘隐含条件(1)由于带电质点在匀强电场E0和匀强磁场B0共存的区域内做匀速圆周运动,所以受到的电场力必定与重力平衡,即qE0mg(1分)解题样板规范步骤,该得的分一分不丢!(2)原理导电液体中的自由电荷(正、负离子
6、)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,(2)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(1)匀强磁场的磁感应强度是多大?一、电偏转和磁偏转的比较2带电粒子在复合场中的运动分类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,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导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了上出现了_这个现象称为霍这个现象称为霍尔 效 应,所 产 生 的 电 势 差 称 为尔 效 应,所 产 生 的 电 势 差 称
7、为_或霍尔电压,其原或霍尔电压,其原理如图理如图1134所示所示电势差电势差霍尔电势差霍尔电势差图图1134名师点拨分析带电粒子在复合场中的名师点拨分析带电粒子在复合场中的运动时,如果没有明确指出,则对于运动时,如果没有明确指出,则对于微观粒子如电子、质子、微观粒子如电子、质子、粒子、离粒子、离子等其重力可忽略不计;对于实际物子等其重力可忽略不计;对于实际物体,如带电小球、液滴、金属块等一体,如带电小球、液滴、金属块等一般应考虑重力般应考虑重力要点透析直击高考要点透析直击高考一、电偏转和磁偏转的比较一、电偏转和磁偏转的比较电电 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
8、qvB变力变力运动性质运动性质匀变速曲线匀变速曲线运动运动匀速圆周运匀速圆周运动动(1)小球运动到O点时的速度大小;(2)在题目中有明确说明是否要考虑重力的,这种情况比较正规,也比较简单磁场B和电场E方向相反时,如图乙所示(2分)(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,(2)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优选第三节带电粒子在复合场中的运动(2)粒子穿过电场和磁场的时间之比是多大?【规律总结】(1)带电粒子在匀强电场、磁场及重力场中做圆周运动时,重力与电场力平衡,洛伦兹力提供向
9、心力;求(1)若要使带电质点进入真空室后做半径为R的匀速圆周运动,求磁感应强度B0的大小及所有可能的方向;(1)静止或匀速直线运动(2010高考安徽卷)如图1139甲所示,宽度为d的竖直狭长区域内(边界为L1、L2),存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场(如图乙所示),电场强度的大小为E0,E0表示电场方向竖直向上2带电粒子在复合场中的运动分类(2)求电场变化的周期T;二、带电粒子在复合场中运动的一般思路当带电粒子所受的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(2011高考大纲全国卷)如图11
10、37,与水平面成45角的平面MN将空间分成和两个区域4 m的细线悬挂于P点,小球可视为质点现将小球拉至水平位置A无初速释放,小球运动到悬点P正下方的坐标原点O时,悬线突(1)静止或匀速直线运动t0时,一带正电、质量为m的微粒从左边界上的N1点以水平速度v射入该区域,沿直线运动到Q点后,做一次完整的圆周运动,再沿直线运动到右边界上的N2点Q为线段N1N2的中点,重力加速度为g.即时应用即时应用1如图如图1135所示,在所示,在虚线所示宽度范围内,虚线所示宽度范围内,用场强为用场强为E的匀强电场的匀强电场可使初速度是可使初速度是v0的某种正粒子偏转的某种正粒子偏转角角图图1135在同样宽度范围内,
11、若改用方向垂直在同样宽度范围内,若改用方向垂直纸面向外的匀强磁场,使该粒子穿过纸面向外的匀强磁场,使该粒子穿过该区域,并使偏转角也为该区域,并使偏转角也为(不计粒子不计粒子的重力的重力),则,则(1)匀强磁场的磁感应强度是多大?匀强磁场的磁感应强度是多大?(2)粒子穿过电场和磁场的时间之比是粒子穿过电场和磁场的时间之比是多大?多大?二、带电粒子在复合场中运动的一般思路二、带电粒子在复合场中运动的一般思路1带电粒子在复合场中运动的分析方法带电粒子在复合场中运动的分析方法和一般思路和一般思路(1)弄清复合场的组成,一般有磁场、电场弄清复合场的组成,一般有磁场、电场的复合,磁场、重力场的复合,磁场、
12、电的复合,磁场、重力场的复合,磁场、电场、重力场三者的复合场、重力场三者的复合(2)正确受力分析,除重力、弹力、摩正确受力分析,除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静电力和磁场力的擦力外要特别注意静电力和磁场力的分析分析(3)确定带电粒子的运动状态,注意运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动情况和受力情况的结合(4)对于粒子连续通过几个不同情况的对于粒子连续通过几个不同情况的场的问题,要分阶段进行处理场的问题,要分阶段进行处理(5)画出粒子运动轨迹,灵活选择不同画出粒子运动轨迹,灵活选择不同的运动规律的运动规律当带电粒子在复合场中做匀速直线当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时,根
13、据受力平衡列方程求解运动时,根据受力平衡列方程求解当带电粒子在复合场中做匀速圆周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运动时,应用牛顿定律结合圆周运动规律求解规律求解(1)静止或匀速直线运动方向既垂直初速度v0的方向也垂直电场E的方向(1)求微粒所带电荷量(2)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带电粒子在“组合场”中的运动_时,将处于静止状态或做匀速直线运动(4)对于粒子连续通过几个不同情况的场的问题,要分阶段进行处理(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析时,要由分析结果确定是否要考虑重力带电粒子在“复合场”中的运动
14、(1)匀强磁场的磁感应强度是多大?(2)磁场B和电场E方向相同时,如图11312甲所示;(1)静止或匀速直线运动对于临界问题,注意挖掘隐含条件(2)粒子穿过电场和磁场的时间之比是多大?(1)静止或匀速直线运动1如图1135所示,在(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,(3)洛伦兹力的大小FqvB,其方向与速度方向垂直,所以洛伦兹力不做功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(2010高考安徽卷)如图1139甲所示,宽度为d的竖直狭长区域内(边界为L1、L2),存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖
15、直方向上的周期性变化的电场(如图乙所示),电场强度的大小为E0,E0表示电场方向竖直向上当带电粒子做复杂曲线运动时,一般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用动能定理或能量守恒定律求解对于临界问题,注意挖掘隐含条件对于临界问题,注意挖掘隐含条件2复合场中粒子重力是否考虑的三种复合场中粒子重力是否考虑的三种情况情况(1)对于微观粒子,如电子、质子、离子对于微观粒子,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、金属些实际物体,如带电小球
16、、液滴、金属块等一般应当考虑其重力块等一般应当考虑其重力(2)在题目中有明确说明是否要考虑重力在题目中有明确说明是否要考虑重力的,这种情况比较正规,也比较简单的,这种情况比较正规,也比较简单(3)不能直接判断是否要考虑重力的,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,要由在进行受力分析与运动分析时,要由分析结果确定是否要考虑重力分析结果确定是否要考虑重力3各种场力的特点各种场力的特点(1)重力的大小为重力的大小为mg,方向竖直向下,方向竖直向下,重力做功与路径无关,重力势能的变重力做功与路径无关,重力势能的变化总是与重力做功相对应化总是与重力做功相对应(2)电场力与电荷的性质及
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