帶電粒子在復合場中的運動演示文稿當前第1頁\共有91頁\編于星期六\5點帶電粒子在復合場中的運動當前第2頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第3頁\共有91頁\編于星期六\5點1.會分析速度選擇器、磁流體發電機、質譜儀、回旋加速器等磁場的實際應用問題．2.會分析帶電粒子在組合場、疊加場中的運動問題．當前第4頁\共有91頁\編于星期六\5點1.復合場(1)疊加場：電場、________、重力場共存或其中某兩場共存．(2)組合場：電場與磁場各位于一定的區域內，并不重疊或在同一區域，電場、磁場________出現．磁場

交替

當前第5頁\共有91頁\編于星期六\5點2.三種場的比較項目名稱力的特點功和能的特點重力場大小：G＝________方向：________重力做功與______無關重力做功改變物體的_________靜電場大小：F＝________方向：a.正電荷受力方向與場強方向______b.負電荷受力方向與場強方向______電場力做功與________無關W＝________電場力做功改變________磁場洛倫茲力F＝________方向可用_______定則判斷洛倫茲力不做功，不改變帶電粒子的________mg

豎直向下路徑重力勢能qE

相同相反路徑qU

電勢能qvB

左手動能當前第6頁\共有91頁\編于星期六\5點3.質譜儀(1)構造：如圖所示，由粒子源、加速電場、偏轉磁場和照相底片等構成．當前第7頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第8頁\共有91頁\編于星期六\5點4.回旋加速器(1)構造：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形盒處于勻強磁場中．當前第9頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第10頁\共有91頁\編于星期六\5點內能正極

Blv

當前第11頁\共有91頁\編于星期六\5點非磁性材料qE

當前第12頁\共有91頁\編于星期六\5點7.霍爾效應在勻強磁場中放置一個矩形截面的載流導體，當_________與電流方向垂直時，導體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現了________，這種現象稱為霍爾效應，所產生的電勢差稱為霍爾電勢差，其原理如圖所示．磁場方向電勢差

當前第13頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第14頁\共有91頁\編于星期六\5點1.“磁偏轉”和“電偏轉”的區別帶電粒子在組合場中的運動電偏轉磁偏轉偏轉條件帶電粒子以v⊥E進入勻強電場帶電粒子以v⊥B進入勻強磁場受力情況只受恒定的電場力只受大小恒定的洛倫茲力運動軌跡拋物線圓弧物理規律類平拋知識、牛頓第二定律牛頓第二定律、向心力公式當前第15頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第16頁\共有91頁\編于星期六\5點2.帶電粒子在組合場中的運動問題，關鍵是要按順序對題目給出的運動過程進行分段分析，把復雜問題分解成一個一個簡單、熟悉的問題來求解，對于由幾個階段共同組成的運動還應注意銜接處的運動狀態.解決帶電粒子在組合場中運動問題的思路方法：當前第17頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第18頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第19頁\共有91頁\編于星期六\5點(1)電場強度的大小．【答案】

vB

(2)該粒子再次從O點進入磁場后，運動軌道的半徑．(3)該粒子從O點出發再次回到O點所需的時間．當前第20頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第21頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第22頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第23頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第24頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第25頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第26頁\共有91頁\編于星期六\5點(1)磁感應強度的大小．【答案】0.2T(2)P、M兩點間的電勢差．【答案】250V(3)粒子從O點運動到M點的時間．【答案】1.285×10－2s

當前第27頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第28頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第29頁\共有91頁\編于星期六\5點2.(2015·南京三校聯考)如圖所示，區域Ⅰ中有豎直向上的勻強電場，電場強度為E;區域Ⅱ內有垂直紙面向外的水平勻強磁場，磁感應強度為B；區域Ⅲ中有垂直紙面向里的水平勻強磁場，磁感應強度為2B.一質量為m、帶電荷量為q的帶負電粒子(不計重力)從左邊界O點正上方的M點以速度v0水平射入電場，經水平分界線OP上的A點與OP成60°角射入Ⅱ區域的磁場，并垂直豎直邊界CD進入Ⅲ區域的勻強磁場中．求：當前第30頁\共有91頁\編于星期六\5點(1)粒子在Ⅱ區域勻強磁場中運動的軌道半徑．(2)O、M間的距離．(3)粒子從第一次進入區域Ⅲ到離開區域Ⅲ所經歷的時間t3.當前第31頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第32頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第33頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第34頁\共有91頁\編于星期六\5點1.帶電粒子在疊加場中無約束情況下的運動情況分類(1)磁場力、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動．②若重力和洛倫茲力不平衡，則帶電體將做復雜的曲線運動，因F洛不做功，故機械能守恒，由此可求解問題．帶電粒子在疊加場中的運動當前第35頁\共有91頁\編于星期六\5點(2)電場力、磁場力并存(不計重力的微觀粒子)①

若電場力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運動．②若電場力和洛倫茲力不平衡，則帶電體將做復雜的曲線運動，因F洛不做功，可用動能定理求解問題．(3)電場力、磁場力、重力并存①若三力平衡，一定做勻速直線運動．②若重力與電場力平衡，一定做勻速圓周運動．③若合力不為零且與速度方向不垂直，將做復雜的曲線運動，因F洛不做功，可用能量守恒或動能定理求解問題．當前第36頁\共有91頁\編于星期六\5點2.帶電粒子在復合場中有約束情況下的運動帶電體在復合場中受輕桿、輕繩、圓環、軌道等約束的情況下，常見的運動形式有直線運動和圓周運動，此時解題要通過受力分析明確變力、恒力做功情況，并注意洛倫茲力不做功的特點，運用動能定理、能量守恒定律結合牛頓運動定律求解問題．當前第37頁\共有91頁\編于星期六\5點典題演示2

(2016·蘇錫常鎮二模)科學工作者常常用介質來顯示帶電粒子的徑跡．如圖所示，平面內存在著垂直于紙面向外的勻強磁場，磁感應強度B＝4×10－2T.x軸上方為真空，x軸下方充滿某種不導電的介質并置于沿x軸方向的勻強電場中，粒子在介質中運動時會受到大小為f＝kv的粘滯阻力．y軸上P(0,0.08m)點存在一個粒子源，能沿紙面向各個方向發射質量m＝1.6×10－25kg、帶電荷量q＝＋1.6×10－19C且速率相同的粒子．已知沿x軸正方向射出的一個粒子，經過磁場偏轉后從x軸上(0.16m,0)點進入介質中，觀察到該粒子在介質中的徑跡為直線．(不計重力及粒子間相互作用，粒子在介質中運動時電荷量不變)當前第38頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第39頁\共有91頁\編于星期六\5點(1)求該粒子源發射粒子的速率．【答案】8×103m/s

(2)求k的值，并指出進入介質的其他粒子最終的運動情況．(能給出相關參量的請給出參量的值)【答案】4.8×1021N·s/m運動情況略(3)若撤去介質中的電場，求進入介質的粒子在介質中運動的軌跡長度l.【答案】0.27m當前第40頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第41頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第42頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第43頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第44頁\共有91頁\編于星期六\5點題組訓練2

1.(2015·南師附中)如圖所示，套在足夠長的絕緣粗糙直棒上的帶正電小球，其質量為m，帶電荷量為q，小球可在棒上滑動．現將此棒豎直放入沿水平方向的且互相垂直的勻強磁場和勻強電場中．設小球電荷量不變，小球由棒的下端以某一速度上滑的過程中一定有(

)A.小球加速度一直減小B.小球的速度先減小，直到最后勻速C.桿對小球的彈力一直減小D.小球受到的洛倫茲力一直減小D

當前第45頁\共有91頁\編于星期六\5點【解析】

小球上滑的過程中，在豎直方向上受到豎直向下的重力和摩擦力作用，所以小球的速度一直減小，根據公式F洛＝qvB，小球所受洛倫茲力一直減小，選項B錯誤，選項D正確；在水平方向上，小球共受到水平向右的電場力、水平向左的洛倫茲力和桿的彈力三個力的作用，三力的合力為零，如果剛開始，小球的初速度較大，其洛倫茲力大于電場力，桿對小球的彈力水平向右，大小FN＝F洛－F會隨著速度的減小而減小，小球的加速度也一直減小；如果剛開始小球的初速度較小，其洛倫茲力小于電場力，桿對小球的彈力水平向左，大小FN＝F－F洛會隨著速度的減小而增大，小球的加速度也一直增大，可見，選項A、C錯誤．當前第46頁\共有91頁\編于星期六\5點2.(2016·南師附中)如圖所示，在豎直平面內，水平x軸的上方和下方分別存在方向垂直紙面向外和方向垂直紙面向里的勻強磁場，其中x軸上方的勻強磁場磁感應強度大小為B1，并且在第一象限和第二象限有方向相反、強弱相同的平行于x軸的勻強電場，電場強度大小為E1.已知一質量為m的帶電小球從y軸上的A(0，L)位置斜向下與y軸負半軸成60°角射入第一象限，恰能做勻速直線運動．當前第47頁\共有91頁\編于星期六\5點(1)判定帶電小球的電性，并求出所帶電荷量q及入射的速度大小．(2)為使得帶電小球在x軸下方的磁場中能做勻速圓周運動，需要在x軸下方空間加一勻強電場，試求所加勻強電場的方向和電場強度的大小．當前第48頁\共有91頁\編于星期六\5點(3)在滿足第(2)問的基礎上，若在x軸上安裝有一絕緣彈性薄板，并且調節x軸下方的磁場強弱，使帶電小球恰好與絕緣彈性板碰撞兩次后從x軸上的某一位置返回到x軸的上方，(帶電小球與彈性板碰撞時，既無電荷轉移，也無能量損失，并且入射方向和反射方向與彈性板的夾角相同)然后恰能勻速直線運動至y軸上的A(0，L)位置，則彈性板至少多長？求帶電小球從A位置出發返回至A位置過程中所經歷的時間．當前第49頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第50頁\共有91頁\編于星期六\5點(3)要想讓小球恰好與彈性板發生兩次碰撞，并且碰撞后返回x軸上方空間勻速運動到A點，則其軌跡應該如圖所示，且由幾何關系可知當前第51頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第52頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第53頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第54頁\共有91頁\編于星期六\5點甲

乙

當前第55頁\共有91頁\編于星期六\5點(1)求帶電粒子運動到C點的縱坐標值h及電場強度E1.【答案】

0.8m

0.2N/C(2)＋x軸上有一點D，OD＝OC，若帶電粒子在通過C點后的運動過程中不再越過y軸，要使其恰能沿x軸正方向通過D點，求磁感應強度B0及其磁場的變化周期T0.(3)要使帶電粒子通過C點后的運動過程中不再越過y軸，求交變磁場磁感應強度B0和變化周期T0的乘積應滿足的關系．當前第56頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第57頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第58頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第59頁\共有91頁\編于星期六\5點不論是速度選擇器、回旋加速器、還是質譜儀、電磁流量計，其實質都是帶電粒子在電磁場中的應用實例，解題這類問題思路主要有：(1)力和運動的關系．根據帶電體所受的力，運用牛頓第二定律并結合運動學規律求解．(2)功能關系．根據場力及其他外力對帶電粒子做功引起的能量變化或全過程中的功能關系解決問題，這條線索不但適用于均勻場，也適用于非均勻場．帶電粒子在復合場中的實際應用

當前第60頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第61頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第62頁\共有91頁\編于星期六\5點(1)求離子在磁場中運動的速度v的大小．(2)求a、b兩處的電勢差U.(3)實際工作時，磁感應強度可能會與設計值B有一定偏差，若進入加速器的離子總數為N，則磁感應強度為0.9B時有多少離子能打在熒光屏上？當前第63頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第64頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第65頁\共有91頁\編于星期六\5點BC

當前第66頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第67頁\共有91頁\編于星期六\5點BC

當前第68頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第69頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第70頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第71頁\共有91頁\編于星期六\5點(1)求原本打在MN中點P的離子質量m.(2)為使原本打在P的離子能打在QN區域，求加速電壓U的調節范圍．(3)為了在QN區域將原本打在MQ區域的所有離子檢測完整，求需要調節U的最少次數．(取lg2＝0.301，lg3＝0.477，lg5＝0.699)【答案】3當前第72頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第73頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第74頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第75頁\共有91頁\編于星期六\5點當前第76頁\共有91頁\編于星期六\5點微模型9帶電粒子在周期性變化的電磁場中運動的問題解決這類問題首先要注意交變電場和交