高考物理一輪復(fù)習(xí)要點(diǎn)提示 第8講 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件

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1、一、復(fù)合場(chǎng)一、復(fù)合場(chǎng)1定義：定義：復(fù)合場(chǎng)是指電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)并存，或其中某兩種場(chǎng)并存，或復(fù)合場(chǎng)是指電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)并存，或其中某兩種場(chǎng)并存，或分區(qū)域存在分區(qū)域存在2三種場(chǎng)的比較三種場(chǎng)的比較3.帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的幾種情況帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的幾種情況(1)當(dāng)帶電粒子所受合力為零時(shí)，將處于當(dāng)帶電粒子所受合力為零時(shí)，將處于 或或 狀態(tài)狀態(tài)(2)當(dāng)當(dāng) 提供向心力，其余各力的合力為零時(shí)，帶電粒子做勻提供向心力，其余各力的合力為零時(shí)，帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)速圓周運(yùn)動(dòng)(3)當(dāng)帶電粒子所受合力大小與方向均變化時(shí)，將做非勻變速曲線運(yùn)當(dāng)帶電粒子所受合力大小與方向均變化時(shí)，將做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)這類問(wèn)題一

2、般只能用能量關(guān)系來(lái)處理動(dòng)這類問(wèn)題一般只能用能量關(guān)系來(lái)處理分析帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須同時(shí)考慮各場(chǎng)的作用，全面分析帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須同時(shí)考慮各場(chǎng)的作用，全面正確地分析帶電粒子的受力和運(yùn)動(dòng)特征，尤其是洛倫茲力會(huì)隨粒子運(yùn)正確地分析帶電粒子的受力和運(yùn)動(dòng)特征，尤其是洛倫茲力會(huì)隨粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而變化動(dòng)狀態(tài)的改變而變化靜止靜止勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)洛倫茲力洛倫茲力二、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的典型應(yīng)用二、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的典型應(yīng)用帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的重要應(yīng)用，包括速度選擇器、回旋加速帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的重要應(yīng)用，包括速度選擇器、回旋加速器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)等器

3、、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)等1速度選擇器速度選擇器(如圖所示如圖所示)(1)平行板中電場(chǎng)強(qiáng)度平行板中電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相互相 這種裝置能把這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來(lái)，所以叫做速度選擇器具有一定速度的粒子選擇出來(lái)，所以叫做速度選擇器qEqvB 垂直垂直2回旋加速器回旋加速器(1)基本構(gòu)造：回旋加速器的核心部分是放置在磁基本構(gòu)造：回旋加速器的核心部分是放置在磁場(chǎng)中的兩個(gè)場(chǎng)中的兩個(gè)D形的金屬扁盒形的金屬扁盒(如圖所示如圖所示)，其基本組成，其基本組成為：為：粒子源粒子源兩個(gè)兩個(gè)D形金屬盒形金屬盒勻強(qiáng)磁場(chǎng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)高高頻電源頻電源粒子引出裝置粒子引出裝置相同相同 3磁流體

4、發(fā)電機(jī)磁流體發(fā)電機(jī)(1)磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，它可以把物體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電磁流體發(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)化為電能能(2)根據(jù)左手定則，如圖所示中的根據(jù)左手定則，如圖所示中的B是發(fā)電機(jī)是發(fā)電機(jī) (3)磁流體發(fā)電機(jī)兩極板間的距離為磁流體發(fā)電機(jī)兩極板間的距離為d，等離子體速度為，等離子體速度為v，磁場(chǎng)的磁，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為感應(yīng)強(qiáng)度為B，則兩極板間能達(dá)到的最大電勢(shì)差，則兩極板間能達(dá)到的最大電勢(shì)差U .正極正極Bvd電場(chǎng)力電場(chǎng)力 洛倫茲力洛倫茲力 同位素同位素 6霍爾效應(yīng)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

5、向與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了了 ，這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)所產(chǎn)生的電勢(shì)差稱為霍爾電勢(shì)，這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)所產(chǎn)生的電勢(shì)差稱為霍爾電勢(shì)差，其原理如圖所示差，其原理如圖所示電勢(shì)差電勢(shì)差1在如圖所示的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)共存的區(qū)域內(nèi)在如圖所示的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)共存的區(qū)域內(nèi)(不計(jì)重力不計(jì)重力)，電子可，電子可能沿水平方向向右做直線運(yùn)動(dòng)的是能沿水平方向向右做直線運(yùn)動(dòng)的是()解析：解析：若電子水平向右運(yùn)動(dòng)，在若電子水平向右運(yùn)動(dòng)，在A圖中電場(chǎng)力水平向左，洛倫茲力豎直向圖中電場(chǎng)力水平向左，洛倫茲力豎直向下，故不可能；在下，

6、故不可能；在B圖中，電場(chǎng)力水平向左，洛倫茲力為零，故電子可能水圖中，電場(chǎng)力水平向左，洛倫茲力為零，故電子可能水平向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng)；在平向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng)；在C圖中電場(chǎng)力豎直向下，洛倫茲力豎直向下，圖中電場(chǎng)力豎直向下，洛倫茲力豎直向下，電子不可能向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)；在電子不可能向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)；在D圖中電場(chǎng)力豎直向上，洛倫茲力豎直圖中電場(chǎng)力豎直向上，洛倫茲力豎直向上，故電子不可能做水平向右的直線運(yùn)動(dòng)，因此只有選項(xiàng)向上，故電子不可能做水平向右的直線運(yùn)動(dòng)，因此只有選項(xiàng)B正確正確答案：答案：B2.如圖所示，在長(zhǎng)方形如圖所示，在長(zhǎng)方形abcd區(qū)域內(nèi)有正交的電磁場(chǎng)，區(qū)域內(nèi)有正交的電磁場(chǎng)，abbc/

7、2L，一帶電粒子從一帶電粒子從ad的中點(diǎn)垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向射入，恰沿直線從的中點(diǎn)垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向射入，恰沿直線從bc邊邊的中點(diǎn)的中點(diǎn)P射出，若撤去磁場(chǎng)，則粒子從射出，若撤去磁場(chǎng)，則粒子從c點(diǎn)射出；若撤去電場(chǎng)，則粒子點(diǎn)射出；若撤去電場(chǎng)，則粒子將將(重力不計(jì)重力不計(jì))()A從從b點(diǎn)射出點(diǎn)射出B從從b、P間某點(diǎn)射出間某點(diǎn)射出C從從a點(diǎn)射出點(diǎn)射出D從從a、b間某點(diǎn)射出間某點(diǎn)射出答案：答案：C3如圖所示，有一混合正離子束先后通過(guò)正交的電場(chǎng)、磁場(chǎng)區(qū)域如圖所示，有一混合正離子束先后通過(guò)正交的電場(chǎng)、磁場(chǎng)區(qū)域和勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域和勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，如果這束正離子流在區(qū)域，如果這束正離子流在區(qū)域中不偏轉(zhuǎn)，進(jìn)入?yún)^(qū)域中不

8、偏轉(zhuǎn)，進(jìn)入?yún)^(qū)域后偏轉(zhuǎn)半徑后偏轉(zhuǎn)半徑r相同，則它們一定具有相同的相同，則它們一定具有相同的()A動(dòng)量動(dòng)量B質(zhì)量質(zhì)量C電荷量電荷量 D比荷比荷答案：答案：D答案：答案：(1)2.5104T(2)1.1102m55 eV帶電粒子在分離的電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在分離的電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中可能的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中可能的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)2.“電偏轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)”和和“磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)”的比較的比較(1)“電偏轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)”和和“磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)”分別是利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)分別是利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)(運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng))電荷電荷的電場(chǎng)力和洛倫茲力的作用控制其運(yùn)動(dòng)方向和軌跡的電場(chǎng)力和洛倫茲力的作用控

9、制其運(yùn)動(dòng)方向和軌跡(2)兩類運(yùn)動(dòng)的受力情況和處理方法差別很大，要首先進(jìn)行區(qū)別分兩類運(yùn)動(dòng)的受力情況和處理方法差別很大，要首先進(jìn)行區(qū)別分析，再根據(jù)具體情況處理析，再根據(jù)具體情況處理例例1在平面直角坐標(biāo)在平面直角坐標(biāo)xOy中，第中，第象限存在沿象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，第電場(chǎng)，第象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B一質(zhì)量為一質(zhì)量為m、電荷量為、電荷量為q的帶正電的粒子從的帶正電的粒子從y軸正半軸上的軸正半軸上的M點(diǎn)以速點(diǎn)以速度度v0垂直于垂直于y軸射入電場(chǎng)，經(jīng)軸射入電場(chǎng)，經(jīng)x軸上的軸上的N點(diǎn)與點(diǎn)與x軸軸 正方向成

10、正方向成60角射入磁場(chǎng)，最后從角射入磁場(chǎng)，最后從y軸負(fù)半軸負(fù)半 軸上的軸上的P點(diǎn)垂直于點(diǎn)垂直于y軸射出磁場(chǎng)，如圖所示不軸射出磁場(chǎng)，如圖所示不 計(jì)粒子重力，求：計(jì)粒子重力，求：(1)M、N兩點(diǎn)間的電勢(shì)差兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UMN；(2)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r；(3)粒子從粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的總時(shí)間點(diǎn)的總時(shí)間t.思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥根據(jù)粒子在不同區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和受力特點(diǎn)畫出軌根據(jù)粒子在不同區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和受力特點(diǎn)畫出軌跡，分別利用類平拋和圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法列方程求解跡，分別利用類平拋和圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法列方程求解帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的一般思路帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中

11、運(yùn)動(dòng)的一般思路 1帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的分析方法和一般思路帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的分析方法和一般思路(1)弄清復(fù)合場(chǎng)的組成一般有磁場(chǎng)、電場(chǎng)的復(fù)合，磁場(chǎng)、重力場(chǎng)的弄清復(fù)合場(chǎng)的組成一般有磁場(chǎng)、電場(chǎng)的復(fù)合，磁場(chǎng)、重力場(chǎng)的 復(fù)合，磁場(chǎng)、電場(chǎng)、重力場(chǎng)三者的復(fù)合復(fù)合，磁場(chǎng)、電場(chǎng)、重力場(chǎng)三者的復(fù)合(2)正確受力分析，除重力、彈力、摩擦力外要特別注意靜電力和磁正確受力分析，除重力、彈力、摩擦力外要特別注意靜電力和磁 場(chǎng)力的分析場(chǎng)力的分析(3)確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，注意運(yùn)動(dòng)情況和受力情況的結(jié)合確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，注意運(yùn)動(dòng)情況和受力情況的結(jié)合(4)對(duì)于粒子連續(xù)通過(guò)幾個(gè)不同情況的場(chǎng)的問(wèn)題，要分階段進(jìn)行處理對(duì)

12、于粒子連續(xù)通過(guò)幾個(gè)不同情況的場(chǎng)的問(wèn)題，要分階段進(jìn)行處理(5)畫出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律畫出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)受力平衡列方程當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)受力平衡列方程 求解求解當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)用牛頓定律結(jié)合圓當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)用牛頓定律結(jié)合圓 周運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解周運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解當(dāng)帶電粒子做復(fù)雜曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般用動(dòng)能定理或能量守恒定律當(dāng)帶電粒子做復(fù)雜曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般用動(dòng)能定理或能量守恒定律 求解求解對(duì)于臨界問(wèn)題，注意挖掘隱含條件對(duì)于臨界問(wèn)題，注意挖掘隱含條件2復(fù)合場(chǎng)中粒子

13、重力是否考慮的三種情況復(fù)合場(chǎng)中粒子重力是否考慮的三種情況(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)于一些實(shí)際物體，如下與電場(chǎng)力或磁場(chǎng)力相比太小，可以忽略；而對(duì)于一些實(shí)際物體，如帶電小球、液滴、金屬塊等一般應(yīng)當(dāng)考慮其重力帶電小球、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)，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)分析不能直接判斷是否要考慮重力的，在

14、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時(shí)，要由分析結(jié)果確定是否要考慮重力重力、電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)，洛倫茲力始終和運(yùn)動(dòng)方向垂直，永重力、電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)，洛倫茲力始終和運(yùn)動(dòng)方向垂直，永不做功，但洛倫茲力要隨帶電粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化而改變不做功，但洛倫茲力要隨帶電粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化而改變例例2如右圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為如右圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻的水平勻 強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一足夠長(zhǎng)的絕緣細(xì)棒強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一足夠長(zhǎng)的絕緣細(xì)棒OO在豎直面內(nèi)在豎直面內(nèi) 垂直于磁場(chǎng)方向放置，細(xì)棒與水平面夾角為垂直于磁場(chǎng)方向放置，細(xì)棒與水平面夾角為.一質(zhì)一質(zhì) 量為量為m、帶電荷量為、帶電荷量為q的圓環(huán)

15、的圓環(huán)A套在套在OO棒上，圓棒上，圓 環(huán)與棒間的動(dòng)摩擦因數(shù)為環(huán)與棒間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，且，且0)速度大小1m2qv22m2q2v33m3q3v42m2q3v由以上信息可知，從圖中由以上信息可知，從圖中a、b、c處進(jìn)入的粒子對(duì)應(yīng)表中的編號(hào)分處進(jìn)入的粒子對(duì)應(yīng)表中的編號(hào)分別為別為()A3、5、4B4、2、5C5、3、2 D2、4、5答案：答案：D解析：解析：洛倫茲力方向始終與小球運(yùn)動(dòng)速度方向垂直，不做功，故洛倫茲力方向始終與小球運(yùn)動(dòng)速度方向垂直，不做功，故A正正確、確、B錯(cuò)誤；小球在豎直方向受向上的電場(chǎng)力與向下的重力，二者大小錯(cuò)誤；小球在豎直方向受向上的電場(chǎng)力與向下的重力，二者大小相等，試管向右勻速運(yùn)

16、動(dòng)，小球的水平速度保持不變，則豎直向上的洛相等，試管向右勻速運(yùn)動(dòng)，小球的水平速度保持不變，則豎直向上的洛倫茲力分量大小不變，小球豎直向上做勻加速運(yùn)動(dòng)，即小球做類平拋運(yùn)倫茲力分量大小不變，小球豎直向上做勻加速運(yùn)動(dòng)，即小球做類平拋運(yùn)動(dòng)，故動(dòng)，故C正確；小球豎直分速度增大，受水平向左的洛倫茲力分量增大，正確；小球豎直分速度增大，受水平向左的洛倫茲力分量增大，為維持試管勻速運(yùn)動(dòng)拉力為維持試管勻速運(yùn)動(dòng)拉力F應(yīng)逐漸增大，應(yīng)逐漸增大，D正確正確答案：答案：B3(2012年銅陵模擬年銅陵模擬)如圖所示的裝置，左半部分為速度選擇器，右半部分如圖所示的裝置，左半部分為速度選擇器，右半部分為勻強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)一束同位素

17、離子流從狹縫為勻強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)一束同位素離子流從狹縫S1射入速度選擇器，能夠沿直射入速度選擇器，能夠沿直線通過(guò)速度選擇器并從狹縫線通過(guò)速度選擇器并從狹縫S2射出的離子，又沿著與電場(chǎng)垂直的方向，立即射出的離子，又沿著與電場(chǎng)垂直的方向，立即進(jìn)入場(chǎng)強(qiáng)大小為進(jìn)入場(chǎng)強(qiáng)大小為E的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，最后打在照相底片的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，最后打在照相底片D上已知同位素離子的上已知同位素離子的電荷量為電荷量為q(q0)，速度選擇器內(nèi)部存在著相互垂直的場(chǎng)強(qiáng)大小為，速度選擇器內(nèi)部存在著相互垂直的場(chǎng)強(qiáng)大小為E0的勻強(qiáng)電的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，照相底片的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，照相底片D與狹縫與狹縫S1、S2的連線平行的連線平行且距離為且距離為L(zhǎng)，忽略重力的影響，忽略重力的影響(1)求從狹縫求從狹縫S2射出的離子速度射出的離子速度v0的大小；的大??；(2)若打在照相底片上的離子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中沿速度若打在照相底片上的離子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中沿速度v0方向飛行的距離為方向飛行的距離為x，求出求出x與離子質(zhì)量與離子質(zhì)量m之間的關(guān)系式之間的關(guān)系式(用用E0、B0、E、q、m、L表示表示)