高三物理带电粒子在复合场中的运动.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,课题：带电粒子在复合场中运动,要求：,本质：动力学问题,备课导航,带电粒子在复合场中运动是中学物理的重点内容，它对同学们的空间想象能力、分析综合能力和应用数学知识处理物理问题的能力有较高要求，是考查同学们综合能力的极好载体，与现代科技密切相关，在近代物理实验中有重大意义，因此历来是高考的热点。,当定性讨论这类问题时，试题常以选择题形式出现；若涉及定量计算，还常常成为试卷压轴题。,励志名言,华山再高,顶有过路,No matter how high the mountain is,one can always ascend to its top,山,三,千里相逢，一日一里（打一物理概念）,重量,俺大人不在之处（打一物理概念）,电场,景德镇作坊（打一物理概念）,磁场,三个谜语,三种场力特点,名称,产生,大小,方向,重心,效果,做功,重力做功与路径无关，只决定于始末位置高度差,h,，,W,G,=mgh,重力,由于地球吸引而使物体受到的力，施力物体是地球，重力是万有引力的一个分力。,G=mg,总是,竖直,向下,重力的作用点,其位置既与物体的形状有关，也与物体质量分布有关，不一定在物体上,动力，阻力，向心力，回复力等,名称,产生,大小,方向,效果,做功,电场力,电场对场中带电粒子的一种基本属性,F=Eq,与电场强度,E,及带电粒子所带电荷性质有关,动力、阻力、向心力、回复力等,W=Uq,，电场力做功跟路径无关，其数值除与带电粒子的电荷量有关外，还与始末位置的电势差有关,名称,大小,方向,效果,特点,洛伦兹力,向心力,不做功,Electricity,（电）,and magnetism,（磁）,live in the earth,we are family.,Do you know the meaning of family?,Father and mother I love you!,Force and movement is lasting yabber,（力与运动是永恒的话题）,大家是否发现翻译中出现的问题？,我对,family,的理解：,三种运动类型,（一）、同一空间区域先后加场的问题,先后加场主要指在同一空间区域先后加上电场和磁场的情况。一般某一空间区域出现电场时，不计重力和空气阻力的粒子做类平抛运动，可运用运动的合成与分解求解；在该空间区域出现磁场时，粒子做匀速圆周运动，利用牛顿第二定律列出洛伦兹力提供向心力方程求解。,（,2007,山东理综）飞行时间质谱仪可以对气体分子进行分析。如图所示，在真空状态下，脉冲阀,P,喷出微量气体，经激光照射产生不同价位的正离子，自,a,板小孔进入,a,、,b,间的加速电场，从,b,板小孔射出，沿中线方向进入,M,、,N,板间的偏转控制区，到达探测器。已知元电荷电量为,e,，,a,、,b,板间距为,d,，极板,M,、,N,的长度和间距均为,L,。不计离子重力及进入,a,板时的初速度。当,a,、,b,间的电压为,U,1,时，在,M,、,N,间加上适当的电压,U,2,，使离子到达探测器。请导出离子的全部飞行时间与比荷,K,（,K=ne/m,）的关系式。去掉偏转电压,U,2,，在,M,、,N,间区域加上垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度,B,，若进入,a,、,b,间所有离子质量均为,m,，要使所有的离子均能通过控制区从右侧飞出，,a,、,b,间的加速电压,U,1,至少为多少？,如图甲所示，在空间存在一个变化的电场和一个变化的磁场，电场的方向水平向右（图中由,B,到,C,），场强大小随时间变化如图乙所示；磁感强度方向垂直于纸面、大小随时间如图丙所示。从,t=1s,末开始，从,A,点沿,AB,方向（垂直于,BC,）以初速度,v,0,射出第一个粒子，并在此后，每隔,2s,有一个同种的粒子以沿,AB,方向的初速度射击，恰好能击中,C,点，若,AB,BC,l,且粒子在,AC,间的运动时间小于,1s,。不计重力和空气阻力，对于各粒子由,A,运动到,C,的过程中，以下说法正确的是：（）,A,电场强度,E,0,和磁感应强度,B,0,的大小之比为,3 v,0,：,1,B,第一个粒子和第二个粒子运动的加速度大小之比为,1,：,2 C,第一个粒子和第二个粒子运动的时间之比为,2:,D,第一个粒子和第二个粒子通过,C,的动能之比为,1,：,4,B,（二）、带电粒子在组合场中运动的问题,组合场是指电场与磁场同时存在，但各位于一定的区域内且并不重叠的情况，带点粒子在一个场中只受一个场力的作用，解决这类问题要注意：,1.,正确地画出粒子的运动轨迹图,2.,确定好粒子在组合场交界位置的速度的大小和方向,（,2009,天津卷）如图所示，直角坐标系,xOy,位于竖直平面内，在水平的,x,轴下方存在匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应为,B,方向垂直,xOy,平面向里，电场线平行于,y,轴。一质量为,m,、电荷量为,q,的带正电的小球，从,y,轴上的,A,点水平向右抛出，经,x,轴上的,M,点进入电场和磁场，恰能做匀速圆周运动，从,x,轴上的,N,点第一次离开电场和磁场，,MN,之间的距离为,L,小球过,M,点时的速度方向与,x,轴的方向夹角为,.,不计空气阻力，重力加速度为,g,求,（,1,）电场强度,E,的大小和方向；,（,2,）小球从,A,点抛出时初速度,v,0,的大小,;,（,3,）,A,点到,x,轴的高度,h.,（,2009,年山东卷）如图甲所示，建立,Oxy,坐标系，两平行极板,P,、,Q,垂直于,y,轴且关于,x,轴对称，极板长度和板间距均为,l,，第一四象限有磁场，方向垂直于,Oxy,平面向里。位于极板左侧的粒子源沿,x,轴间右连接发射质量为,m,、电量为,+q,、速度相同、重力不计的带电粒子在,03t,时间内两板间加上如图乙所示的电压（不考虑极边缘的影响）。,已知,t=0,时刻进入两板间的带电粒子,恰好在,t,0,时刻经极板边缘射入磁场。上述,m,、,q,、,l,、,l,0,、,B,为已知量。（不考虑粒子间相互影响及返回板间的情况）,（,1,）求电压,U,0,的大小。,（,2,）求,t,0,/2,时进入两板间的带电粒子在磁场中做圆周运动的半径。,（,3,）何时进入两板间的带电粒子在磁场中的运动时间最短？求此最短时间。,图甲,图乙,（,2009,年重庆理综卷）如题,25,图，离子源,A,产生的初速为零、带电量均为,e,质量不同的正离子被电压为,U,0,的加速电场加速后匀速通过准直管，垂直射入匀强偏转电场，偏转后通过极板,HM,上的小孔,S,离开电场，经过一段匀速直线运动，垂直于边界,MN,进入磁感应强度为,B,的匀强磁场。已知,HO,d,，,HS,2d,，,90,。（忽略粒子所受重力）,（,1,）求偏转电场场强,E,0,的大小以及,HM,与,MN,的夹角,；,（,2,）求质量为,m,的离子在磁场中做圆周运动的半径；,（,3,）若质量为,4m,的离子垂直打在,NQ,的中点,S,1,处，质量为,16m,的离子打在,S,2,处。求,S,1,和,S,2,之间的距离以及能打在,NQ,上的正离子的质量范围。,（,2009,年江苏）,1932,年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的,D,形金属盒半径为,R,，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计。磁感应强度为,B,的匀强磁场与盒面垂直。,A,处粒子源产生的粒子，质量为,m,、电荷量为,+q,，在加速器中被加速，加速电压为,U,。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。,(1),求粒子第,2,次和第,1,次经过两,D,形盒间狭缝后轨道半径之比；,(2),求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间,t,；,(3),实际使用中，磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制。若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为,B,m,、,f,m,，试讨论粒子能获得的最大动能,E,。,（,2009,年全国,II,卷）如图,在宽度分别为,l,1,和,l,2,的两个毗邻的条形区域分别有匀强磁场和匀强电场，磁场方向垂直于纸面向里，电场方向与电、磁场分界线平行向右。一带正电荷的粒子以速率,v,从磁场区域上边界的,P,点斜射入磁场，然后以垂直于电、磁场分界线的方向进入电场，最后从电场边界上的,Q,点射出。已知,PQ,垂直于电场方向，粒子轨迹与电、磁场分界线的交点到,PQ,的距离为,d,。不计重力,求电场强度与磁感应强度大小之比及粒子在磁场与电场中运动时间之比。,（三）、带电粒子在复合场中运动的问题,首先要弄清是一个怎样的复合场，判断复合场是磁场、电场、重力场中哪几个场 的复合。其次，要正确地对带电粒子受力分析和运动过程分析，最后，选择合适的动力学方程求解。,带电粒子在复合场中运动问题是电磁学知识和力学知识的结合，分析方法和力学问题的分析方法基本相同，不同之处是多了电场力、洛伦兹力，因此，带电粒子中的运动问题除了利用动力学观点,、,能量观点分析外，还要注意电场力与洛伦兹力做功的特点。,舞动,舞场,“场”中“五”动,带,电,粒,子,在,复,合,场,中,运,动,匀速圆周运动,一般曲线运动,无重力：,E=VB,有重力：,mg,、,qE,、,qvB,三力平衡,mg=Eq,qvB=mv,2,/R,遵循能量守恒定律,可从功能关系或,运动合成分解知识考虑,匀速直线运动,变加速直线运动,此类问题一般是带电体,在粗糙平面或穿在粗,糙杆上运动,类平抛运动,受到三个场力，三力,平衡后撤去匀强磁场,如图所示，粗糙的足够长的竖直木杆上套有一个带电的小球，整个装置处在由水平匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场组成的足够大的复合场中，小球由静止开始下滑，在整个运动过程中小球的,v-t,图象如图所示，其中正确的是（）,C,如图所示，实线表示在竖直平面内的电场线，,电场线,与水平方向成,角，水平方向的匀强磁场与电场正交，有一带电液滴沿斜向上的虚线,I,做直线运动，,I,与水平方向成,角，且,，则下列说法中错误的是（）,A,液滴一定做匀速直线运动,B,液滴一定带正电,C,电场线方向一定斜向上,D,液滴有可能做匀变速直线运动,D,如图所示，水平地面上有一辆固定有竖直光滑绝缘管的小车，管的底部有一质量,m=0.2g,、电荷量,q=8,10,-5,C,的小球，小球的直径比管的内径略小在管口所在水平面,MN,的下方存在着垂直纸面向里、磁感应强度,B,1,=15T,的匀强磁场，,MN,面的上方还存在着竖直向上、场强,E=25V/m,的匀强电场和垂直纸面向外、磁感应强度,B,2,=5T,的匀强磁场现让小车始终保持,v=2m/s,的速度匀速向右运动，以带电小球刚经过场的边界,PQ,为计时的起点，测得小球对管侧壁的弹力,F,N,随高度,h,变化的关系如图所示,g,取,10m/s,2,，不计空气阻力求：,小球刚进入磁场,B,1,时加速度,a,的大小；,绝缘管的长度,L,；,小球离开管后再次经过水平面,MN,时距管口的距离,x,(2009,浙江卷）如图所示，,x,轴正方向水平向右，,y,轴正方向竖直向上。在,xOy,平面内有与,y,轴平行的匀强电场，在半径为,R,的圆内还有与,xOy,平面垂直的匀强磁场。在圆的左边放置一带电微粒发射装置，它沿,x,轴正方向发射出一束具有相同质量,m,、电荷量,q,（,q0,）和初速度,v,的带电微粒。发射时，这束带电微粒分布在,0y2R,的区间内。已知重力加速度大小为,g,。,（,1,）从,A,点射出的带电微粒平行于,x,轴从,C,点进入有磁场区域，并从坐标原点,O,沿,y,轴负方向离开，求点场强度和磁感应强度的大小和方向。,（,2,）请指出这束带电微粒与,x,轴相交的区域，并说明理由。,（,3,）若这束带电微粒初速度变为,2v,，那么它们与,x,轴相交的区域又在哪里？并说明理由。,（,2009,四川卷）如图所示，直线形挡板,p,1,p,2,p,3,与半径为,r,的圆弧形挡板,p,3,p,4,p,5,平滑连接并安装在水平台面,b,1,b,2,b,3,b,4,上，挡板与台面均固定不动。线圈,c1c2c3,的匝数为,n,其端点,c,1,、,c,3,通过导线分别与电阻,R,1,和平行板电容器相连电容器两极板间的距离为,d,电阻,R1,的阻值是线圈,c,1,c,2,c,3,阻值的,2,倍，其余电阻不计，线圈,c,1,c,2,c,3,内有一面积为,S,、方向垂直于线圈平面向上的匀强磁场，磁场的磁感应强度,B,随时间均匀增大。质量为,m,的小滑块带正电，电荷量始终保持为,q,在水平台面上以初速度,v,0,从,p,1,位置出发，沿挡板运动并通过,p,5,位置。若电容器两板间的电场为匀强电场，,p,1,、,p,2,在电场外，间距为,l,其间小滑块与台面的动摩擦因数为,，其余部分的摩擦不计，重力加速度为,g.,求：,（,1,）小滑块通过,p,2,位置时,的速度大小。,（,2,）电容器两极板间电场强,度的取值范围。,（,3,）经过时间,t,磁感应强度变,化量的取值范围,如图所示，轻弹簧一端连于固定点,O,，可在竖直平面内自由转动，另一端连接一带电小球,P,其质量,m=210,-2,kg,电荷量,q=0.2 C.,将弹簧拉至水平后，以初速度,v,0,=20 m/s,竖直向下射出小球,P,小球,P,到达,O,点的正下方,O,1,点时速度恰好水平，其大小,v=15 m/s.,若,O,、,O,1,相距,R=1.5 m,小球,P,在,O,1,点与另一由细绳悬挂的、不带电的、质量,M=1.610,-1,kg,的静止绝缘小球,N,相碰。碰后瞬间，小球,P,脱离弹簧，小球,N,脱离细绳，同时在空间加上竖直向上的匀强电场,E,和垂直于纸面的磁感应强度,B=1T,的弱强磁场。此后，小球,P,在竖直平面内做半径,r=0.5 m,的圆周运动。小球,P,、,N,均可视为质点，小球,P,的电荷量保持不变，不计空气阻力，取,g=10 m/s2,。那么，,1,）弹簧从水平摆至竖直位置的过程中，其弹力做功为多少？,2,）请通过计算并比较相关物理量，判断小球,P,、,N,碰撞后能否在某一时刻具有相同的速度。,3),若题中各量为变量，在保证小球,P,、,N,碰撞后某一时刻具有相同速度的前提下，请推导出,r,的表达式,(,要求用,B,、,q,、,m,、,表示，其中,为小球,N,的运动速度与水平方向的夹角,),。,温馨提示：,知难而难，迎难而上,When you know it is difficult,it may,be lessdifficult,We need to face up,to the difficulties,