第三课时带电粒子在复合场中的运动.pptx

第,*,页,第,*,页,单击此处编辑母版标题样式,Wwwwwwwwwwwwwwwwww,wwwwwwwwww,第二级,第三级,第四级,第五级,第三课时 带电粒子在复合场中运动,1/48,第一关:基础关 展望高考,2/48,基础知识,一速度选择器,知识讲解,速度选择器(以下列图所表示),3/48,平行板中电场强度E和磁感应强度B相互垂直.这种装置能把含有一定速度粒子选择出来,所以叫做速度选择器.,带电粒子能够匀速沿直线经过速度选择器条件是Bqv=Eq,即,4/48,活学活用,1.如图是测量带电粒子质量仪器工作原理示意图.设法使某有机化合物气态分子导入图示容器A中,使它受到电子束轰击,失去一个电子成为正一价分子离子.分子离子从狭缝S,1,以很小速度进入电压为U加速电场区(初速度不计),加速后,再经过狭缝S,2,S,3,射入 磁感应强度为B匀强磁场,方向垂 直于磁场区界面PQ,最终,分子离 子打到感光片上,形成垂直于纸面且 平行于狭缝S,3,细线.若测得细线到 狭缝S,3,距离为d,导出分子离子质量m表示式.,5/48,6/48,7/48,二磁流体发电机,知识讲解,如图所表示,由燃烧室O燃烧电离成正负离子(等离子体)以高速v喷入偏转磁场B中.在洛伦兹力作用下,正负离子分别向上下极板偏转积累,从而在板间形成一个向下电场,两板间形成一定电势差:当 时,电势差稳定为U=dvB,这就相当于一个能够对外供电电源.,8/48,活学活用,2.当前世界上正在研究新型发电机磁流体发电机,它原理图如图所表示,构想在相距为d两平行金属板间加一磁感应强度为B匀强磁场,两板通 过开关和灯泡相连.将气体加热到 使之高度电离后,因为正负离子 一样多,且带电荷量均为q,因而称 为等离子体,将其以速度v喷入甲 乙两板之间,这时甲乙两板就会 聚集电荷,产生电压,这就是磁流体发电机原理,它能够直接把内能转化为电能,试问:,9/48,(1)图中哪个极板是发电机正极?,(2)发电机电动势多大?,(3),设喷入两极板间离子流每立方米有,n,个负电荷,离子流横截面积为,S,则发电机最大功率多大,?,10/48,解析:(1)等离子体从左侧射入磁场,正离子受向上洛伦兹力而偏向甲板,使甲板上积累正电荷,对应乙板上积累负电荷,成为电源正负两极.甲板是发电机正极.(2)当开关断开时,甲乙两板间电压即为电源电动势.稳定时,甲乙两板上积累电荷不再增加,此时等离子体所受洛伦兹力与电场力恰好平衡,则有即得电源电动势为U=Bdv.,11/48,(3)理想状态时,喷入两极板间离子流全部流向两极板,这时电源到达最大功率.此时,电路中最大电流为式中N为在t时间内喷入两极板间正负离子数总和,即N=2nSvt,则发电机最大功率为P,max,=UI,max,=2ndqSBv,2,.,答案:(1)甲板 (2)Bdv (3)2ndqSBv,2,12/48,三电磁流量计,知识讲解,电磁流量计原理可解释为:如图所表示,一圆形导管直径为d,用非磁性材料制成,其中有能够导电液体向左流动,导电液体中自由电荷(正负离子)在洛伦兹力作用下偏转,a、b间电势差就保持稳定,由 可得 流量,13/48,四霍尔效应,知识讲解,霍尔效应是高中物理主要探究课题之一.在匀强磁场中放置一个矩形截面载流导体,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方向上出现了电势差.这个现象称为霍尔效应.所产生电势差称为霍尔电势差或霍尔电压,其原理如图所表示.,14/48,第二关:技法关 解读高考,15/48,解题技法,一带电体在重力场与磁场复合场中运动,技法讲解,带电体在重力场与磁场复合场中运动时,若只受洛伦兹力与重力,当二力平衡时,物体将沿水平方向做匀速直线运动,若二力不平衡则物体做普通曲线运动,极难从运动学角度来分析,而从能量角度来分析就比较简便.一定要注意洛伦兹力不做功这一特点.若带电物体在运动过程中还受其它物体(如绳面或轨道等)约束,则应结合施加约束物体特点来分析带电物体运动,一定注意洛伦兹力随运动状态改变而改变.,16/48,典例剖析,【例1】如图所表示,匀强磁场垂直纸面向里,有一足够长等腰三角形绝缘滑槽,两侧斜槽与水平面夹角为,在斜槽顶点两侧各放一个质量相等带等量负电荷小球A和B,两小球与斜槽动摩擦因数相等,且a,B,C.两球沿斜槽都做变加速运动,且a,A,a,B,D.两球沿斜槽最大位移关系是:s,A,=s,B,18/48,解析 由静止下滑后,对AB两球受力分析,由牛顿第二定律得:,mgsin-(mgcos-qBv)=ma,A,mgsin-(mgcos+qBv)=ma,B,所以A球下滑过程中加速度增大,当mgcos=qBv时将脱离斜面在空中做曲线运动,B球下滑过程中加速度减小,当mgsin=(mgcos+qBv)时,B球将沿斜面匀速下滑,所以选项C正确.,答案 C,19/48,二带电粒子在电场磁场重力场并存复合场中运动,技法讲解,1.带电粒子在复合场中直线运动,带电粒子在电场磁场重力场并存复合场中运动时,假如带电粒子所受合外力为零时,所处状态一定是匀速直线运动.假如受协力不为零,但方向与速度在同一直线上,粒子将做匀减速或匀加速直线运动(或作变加速直线运动,假如有杆或面束缚).常见情况以下:,20/48,(1)洛伦兹力为零(即v与B平行),重力与电场力平衡,做匀速直线运动;或重力与电场力协力恒定做匀变速运动.,(2)洛伦兹力F与速度v垂直,且与重力和电场力协力(或其中一个力)平衡.做匀速直线运动.,21/48,2.当带电粒子所受合外力充当向心力,带电粒子做匀速圆周运动.因为通常情况下,重力和电场力为恒力,故不能充当向心力,所以普通情况下是重力恰好与电场力相平衡,洛伦兹力充当向心力.,3.当带电微粒所受合外力不为零,且恒力中重力电场力协力做功使速度大小改变时,带电微粒所受洛伦兹力改变,从而合外力改变,粒子将做曲线运动,这时其轨迹既非圆弧亦非抛物线,属变加速曲线运动,不能用匀变速运动或圆周运动等规律解答相关问题,可考虑用动量观点解答或用功效观点处理.,22/48,典例剖析,【例2】如图所表示,在空间存在着水平方向匀强磁场和竖直方向匀强电场,电场强度为E,磁感应强度为B.在某点由静止释放一个带电液滴a,它运动到最低点处,恰与一个原来处于静止液滴b相撞,相撞后两液滴合为一体,沿水平方向做直线运动.已知液滴a质量是液滴b质量2倍,液滴a所带电荷量是液滴b所带电荷量4倍.求两液滴初始位置之间高度差h(设a、b之间静电力能够不计).,23/48,解析 设b液滴质量为m,电荷量为q,则a液滴质量为2m,电荷量为4q.,b液滴原来静止,受重力和电场力处于平衡,由此可知b液滴带正电荷,且mg=Eq.,由a粒子运动轨迹可知其受洛伦兹力方向为右上方,判定出a粒子带负电荷.设a原来所在处与b原来所在处高度为h,a运动到b时速度为v,1,24/48,25/48,三带电体在复合场中动态分析与临界问题,技法讲解,带电体在电场力磁场力重力弹力及摩擦力作用下运动,广泛地包括力学和电磁学基本概念规律和方法,不但受力复杂运动多变(受力分析与运动分析常结合在一起)综合性强,而且往往与临界问题和极值问题亲密相关.,26/48,1.处理该类型题方法思绪,(1)正确进行受力分析,除重力弹力摩擦力外,要尤其注意电场力和磁场力分析.(2)正确进行物体运动情况分析,找出物体速度位置及改变,分清运动过程,假如出现临界状态,要分析临界条件.(3)选择适当规律进行求解.,27/48,2.分析临界问题惯用方法,(1)物理分析法,认真分析系统所经历物理过程,找出与临界状态相对应临界条件,是解答这类题目标关键,寻找临界条件,方法之一是从最大静摩擦力极限频率临界角临界温度等含有临界含义物理量及相关规律入手;方法之二是以题目叙述一些特殊词语如“恰好”“刚好”“最大”“最高”“最少”为突破口,挖掘隐含条件,探求临界位置或状态.,28/48,(2)数学解析法,许多物理过程,一个物理量随另一个物理量改变可用一个二次函数来表示,假如这个函数存在极值,则说明它反应物理改变存在一个临界状态,用配方法图像法求解极值,就可求得临界点,临界状态各物理量便可一一得出.,29/48,典例剖析,【例3】如图所表示,竖直绝缘杆处于方向彼此垂直大小为EB匀强电磁场中,一个质量为m带正电电荷量为q小球,从静止开始沿杆下滑,且与杆动摩擦因数为,试求:,30/48,(1)小球速度为多大时,加速度最大?最大值是多少?,(2)小球下滑最大速度是多少?,31/48,解析 小球开始下滑时,在水平方向一直受到方向相反电场力qE和洛伦兹力qvB作用,受力分析如图所表示,32/48,(1)当qvB,b,B.电势,b,a,C.电流增大时,|,a,-,b,|增大,D.其它条件不变,将铜板改为NaCl水溶液时,电势情况依然一样,38/48,解析:铜板内自由电荷为自由电子,电流向上,则电子流动方向向下,其所受洛伦兹力方向向左,则自由电子将向a侧偏转,a侧积累负电荷,b侧显出正电荷从而建立由b指向a电场,故,a,qE),动能将会增大,速度将会增大,洛伦兹力将会增大;因为向下板偏,电场力做负功,其电势能将会增大.而电场力大小只与场强及小球带电荷量相关,故错.,答案:A,44/48,5.如图所表示,直线PO与x轴成45角,x轴上方有水平向右匀强电场E,1,下方有竖直向下匀强电场E,2,已知电场强度E,1,=E,2,=10 N/C,x轴下方还存在着垂直纸面向外匀强磁场,磁场磁感应强度B=10 T.现有一质量m=1.010,-5,kg带电粒子,带电荷量q=-1.010,-5,C.粒子由P点无初速释放,(重力加速度g=10 m/s,2,).求:,45/48,(1)粒子刚进入磁场区域时速度v;,(2)粒子第一次在磁场中运动时间t和位移L.,解析:粒子在两个电场中所受电场力大小相同,为,F=qE,1,=qE,2,=1.010,-4,N,粒子所受重力为,G=mg=1.010,-4,N,可见在两个电场中粒子所受电场力大小均等于重力大小.,46/48,47/48,(2)在x轴下方复合场中,因为粒子所受重力和电场力平衡,所以粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,其周期由对称性可知,粒子在磁场中运动四分之三周期,所用时间为t=3T/4=0.47 s粒子在磁场中做圆周运动半径为粒子离开磁场时速度方向与负x轴成45角,则粒子在磁场中运动位移为,答案:(1)2 m/s (2)0.47 s 0.283 m,48/48,