第三節帶電粒子在復合場中的運動第1頁，課件共61頁，創作于2023年2月基礎梳理自學導引一、帶電粒子在復合場中的運動1．復合場：電場、磁場和重力場并存或兩種場并存，或分區域并存．粒子在復合場運動時要考慮___________、___________和重力作用．靜電力洛倫茲力第2頁，課件共61頁，創作于2023年2月2．帶電粒子在復合場中的運動分類(1)靜止或勻速直線運動當帶電粒子在復合場中所受合外力________時，將處于靜止狀態或做勻速直線運動．為零第3頁，課件共61頁，創作于2023年2月(2)勻速圓周運動當帶電粒子所受的________與_________大小相等、方向相反時，帶電粒子在_____________的作用下，在垂直于勻強磁場的平面內做勻速圓周運動．重力電場力洛倫茲力第4頁，課件共61頁，創作于2023年2月(3)非勻變速曲線運動當帶電粒子所受的合外力的大小和方向均變化，且與初速度方向不在同一條直線上，粒子做非勻變速曲線運動,這時粒子運動軌跡既不是圓弧，也不是拋物線．第5頁，課件共61頁，創作于2023年2月二、帶電粒子在復合場中運動的實例分析1．速度選擇器(如圖11－3－1)圖11－3－1第6頁，課件共61頁，創作于2023年2月(1)平行板間電場強度E和磁感應強度B互相__________這種裝置能把具有一定_________的粒子選擇出來，所以叫做速度選擇器．(2)帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是qE＝______，即v＝

.垂直．速度qvB第7頁，課件共61頁，創作于2023年2月2．磁流體發電機(如圖11－3－2)(1)磁流體發電是一項新興技術，它可以把______能直接轉化為_____能．(2)根據左手定則，如圖中的B板是發電機_________圖11－3－2內電正極．第8頁，課件共61頁，創作于2023年2月(3)磁流體發電機兩極板間的距離為d,等離子體速度為v，磁場磁感應強度為B，則兩極板間能達到的最大電勢差U＝_________.3．電磁流量計(1)如圖11－3－3所示，一圓形導管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導電的液體流過導管．Bdv第9頁，課件共61頁，創作于2023年2月(2)原理：導電液體中的自由電荷(正、負離子)在___________作用下橫向偏轉，a、b間出現__________，形成電場．當自由電荷所受電場力和洛倫茲力________時，a、b間的電勢差就保持穩定．洛倫茲力電勢差平衡圖11－3－3第10頁，課件共61頁，創作于2023年2月第11頁，課件共61頁，創作于2023年2月4．霍爾效應在勻強磁場中放置一個矩形截面的載流導體，當磁場方向與電流方向垂直時，導體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現了__________這個現象稱為霍爾效應，所產生的電勢差稱為________________或霍爾電壓，其原理如圖11－3－4所示．電勢差．霍爾電勢差第12頁，課件共61頁，創作于2023年2月圖11－3－4第13頁，課件共61頁，創作于2023年2月名師點撥：分析帶電粒子在復合場中的運動時，如果沒有明確指出，則對于微觀粒子如電子、質子、α粒子、離子等其重力可忽略不計；對于實際物體，如帶電小球、液滴、金屬塊等一般應考慮重力．第14頁，課件共61頁，創作于2023年2月要點透析直擊高考一、電偏轉和磁偏轉的比較電

偏

轉磁

偏

轉受力特征F電＝qE恒力F洛＝qvB變力運動性質勻變速曲線運動勻速圓周運動第15頁，課件共61頁，創作于2023年2月第16頁，課件共61頁，創作于2023年2月第17頁，課件共61頁，創作于2023年2月即時應用1．如圖11－3－5所示，在虛線所示寬度范圍內，用場強為E的勻強電場可使初速度是v0的某種正粒子偏轉θ角．圖11－3－5第18頁，課件共61頁，創作于2023年2月在同樣寬度范圍內，若改用方向垂直紙面向外的勻強磁場，使該粒子穿過該區域，并使偏轉角也為θ(不計粒子的重力)，則：(1)勻強磁場的磁感應強度是多大？(2)粒子穿過電場和磁場的時間之比是多大？第19頁，課件共61頁，創作于2023年2月第20頁，課件共61頁，創作于2023年2月第21頁，課件共61頁，創作于2023年2月二、帶電粒子在復合場中運動的一般思路1．帶電粒子在復合場中運動的分析方法和一般思路(1)弄清復合場的組成，一般有磁場、電場的復合，磁場、重力場的復合，磁場、電場、重力場三者的復合．第22頁，課件共61頁，創作于2023年2月(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場力的分析．(3)確定帶電粒子的運動狀態，注意運動情況和受力情況的結合．(4)對于粒子連續通過幾個不同情況的場的問題，要分階段進行處理．第23頁，課件共61頁，創作于2023年2月(5)畫出粒子運動軌跡，靈活選擇不同的運動規律．①當帶電粒子在復合場中做勻速直線運動時，根據受力平衡列方程求解．②當帶電粒子在復合場中做勻速圓周運動時，應用牛頓定律結合圓周運動規律求解．第24頁，課件共61頁，創作于2023年2月③當帶電粒子做復雜曲線運動時，一般用動能定理或能量守恒定律求解．④對于臨界問題，注意挖掘隱含條件．2．復合場中粒子重力是否考慮的三種情況第25頁，課件共61頁，創作于2023年2月(1)對于微觀粒子，如電子、質子、離子等，因為其重力一般情況下與電場力或磁場力相比太小，可以忽略；而對于一些實際物體，如帶電小球、液滴、金屬塊等一般應當考慮其重力．(2)在題目中有明確說明是否要考慮重力的，這種情況比較正規，也比較簡單．第26頁，課件共61頁，創作于2023年2月(3)不能直接判斷是否要考慮重力的，在進行受力分析與運動分析時，要由分析結果確定是否要考慮重力．3．各種場力的特點(1)重力的大小為mg，方向豎直向下，重力做功與路徑無關，重力勢能的變化總是與重力做功相對應．第27頁，課件共61頁，創作于2023年2月(2)電場力與電荷的性質及電場強度有關,電場力做功與路徑無關，電勢能的變化總是與電場力做功相對應．(3)洛倫茲力的大小F＝qvB，其方向與速度方向垂直，所以洛倫茲力不做功．第28頁，課件共61頁，創作于2023年2月特別提醒：(1)全面正確地分析帶電粒子的受力和運動特征是解題的前提，尤其是電場力和洛倫茲力的分析，特別要注意洛倫茲力要隨帶電粒子運動狀態的變化而改變.,(2)注意重力、電場力做功與路徑無關，洛倫茲力始終和運動方向垂直、永不做功.第29頁，課件共61頁，創作于2023年2月即時應用2．如圖11－3－6所示，豎直平面xOy內存在水平向右的勻強電場，場強大小E＝10N/C，在y≥0的區域內還存在垂直于坐標平面向里的勻強磁場，磁感應強度大小B＝0.5T，一帶電荷量q＝＋0.2C、質量m＝0.4kg的小球由長第30頁，課件共61頁，創作于2023年2月l＝0.4m的細線懸掛于P點，小球可視為質點．現將小球拉至水平位置A無初速釋放，小球運動到懸點P正下方的坐標原點O時，懸線突然斷裂，此后小球又恰好能通過O點正下方的N點．(g＝10m/s2)求：圖11－3－6第31頁，課件共61頁，創作于2023年2月(1)小球運動到O點時的速度大小；(2)懸線斷裂前瞬間拉力的大小；(3)ON間的距離．第32頁，課件共61頁，創作于2023年2月第33頁，課件共61頁，創作于2023年2月答案：(1)2m/s

(2)8.2N

(3)3.2m第34頁，課件共61頁，創作于2023年2月題型探究講練互動 (2011·高考大綱全國卷)如圖11－3－7,與水平面成45°角的平面MN將空間分成Ⅰ和Ⅱ兩個區域．帶電粒子在“組合場”中的運動例1第35頁，課件共61頁，創作于2023年2月一質量為m、電荷量為q(q＞0)的粒子以速度v0從平面MN上的P0點水平向右射入Ⅰ區．粒子在Ⅰ區運動時，只受到大小不變、方向豎直向下的電場作用，電場強度大小為E；在Ⅱ區運動時，只受到勻強磁場的作用，磁感應強度大小為B，方向垂直于紙面向里．第36頁，課件共61頁，創作于2023年2月求粒子首次從Ⅱ區離開時到出發點P0的距離．粒子的重力可以忽略．圖11－3－7第37頁，課件共61頁，創作于2023年2月【解析】帶電粒子進入電場后，在電場力的作用下沿拋物線運動，其加速度方向豎直向下，設其大小為a，由牛頓定律得qE＝ma①圖11－3－8第38頁，課件共61頁，創作于2023年2月設經過時間t0，粒子從平面MN上的點P1進入磁場，由運動學公式和幾何關系得第39頁，課件共61頁，創作于2023年2月第40頁，課件共61頁，創作于2023年2月第41頁，課件共61頁，創作于2023年2月帶電粒子在“復合場”中的運動例2 (2010·高考安徽卷)如圖11－3－9甲所示，寬度為d的豎直狹長區域內(邊界為L1、L2)，存在垂直紙面向里的勻強磁場和豎直方向上的周期性變化的電場(如圖乙所示)，電場強度的大小為E0，E＞0表示電場方向豎直向上．第42頁，課件共61頁，創作于2023年2月t＝0時，一帶正電、質量為m的微粒從左邊界上的N1點以水平速度v射入該區域，沿直線運動到Q點后，做一次完整的圓周運動，再沿直線運動到右邊界上的N2點．Q為線段N1N2的中點，重力加速度為g.上述d、E0、m、v、g為已知量．第43頁，課件共61頁，創作于2023年2月圖11－3－9第44頁，課件共61頁，創作于2023年2月(1)求微粒所帶電荷量q和磁感應強度B的大小；(2)求電場變化的周期T；(3)改變寬度d，使微粒仍能按上述運動過程通過相應寬度的區域，求T的最小值．第45頁，課件共61頁，創作于2023年2月圖11－3－10第46頁，課件共61頁，創作于2023年2月第47頁，課件共61頁，創作于2023年2月圖11－3－11第48頁，課件共61頁，創作于2023年2月第49頁，課件共61頁，創作于2023年2月【規律總結】

(1)帶電粒子在勻強電場、磁場及重力場中做圓周運動時，重力與電場力平衡，洛倫茲力提供向心力；做直線運動時，三力平衡；(2)粒子交替做直線運動、圓周運動，要注意找圓周運動的周期與電場(或磁場)變化周期的關系．第50頁，課件共61頁，創作于2023年2月 (滿分樣板19分)(2012·北京海淀二模)在水平地面上方足夠大的真空室內存在著勻強電場和勻強磁場共存的區域，且電場與磁場的方向始終平行，在距離水平地面的某一高度處，有一個帶電荷量為q、質量為m的帶負電的質點,帶電粒子在復合場中的一般曲線運動例3第51頁，課件共61頁，創作于2023年2月以垂直于電場方向的水平初速度v0進入該真空室內．取重力加速度為g.求：(1)若要使帶電質點進入真空室后做半徑為R的勻速圓周運動，求磁感應強度B0的大小及所有可能的方向；第52頁，課件共61頁，創作于2023年2月(2)當磁感應強度的大小變為B時，為保證帶電質點進入真空室后做勻速直線運動，求此時電場強度E的大小和方向應滿足的條件；(3)若帶電質點在滿足第(2)問的條件下運動到空中某一位置M點時立即撤去磁場，此后運動到空中另一位置N點第53頁，課件共61頁，創作于2023年2月時的速度大小為v，求M、N兩點間的豎直高度H及經過N點時重力做功的功率.?解題樣板規范步驟，該得的分一分不丟！(1)由于帶電質點在勻強電場E0和勻強磁場B0共存的區域內做勻速圓周運動，所以受到的電場力必定與重力平衡，即qE0＝mg(1分)第54頁，課件共61頁，創作于2023年2月第55頁，課件共61頁，創作于2023年2月(2)磁場B和電場E方向相同時，如圖11－3－12甲所示；磁場B和電場E方向相反時，如圖乙所示．(2分)由于帶電質點做勻速直線運動，由平衡條件和幾何關系可知圖11－3－1