第八章第3单元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,*,*,2,三种场的比较,3,带电粒子在复合场中的运动轨迹：,（,1,）若粒子所受合外力为零或合外力在粒子运动的方向上，粒子做,_,直线,_,运动。,（,2,）若粒子所受合外力大小不变，方向始终与粒子的运动方向垂直，粒子做,_,匀速圆周,_,运动。,（,3,）若粒子所受合外力与速度既不平行也不垂直，粒子做,_,曲线,_,运动。,4.,解决带电粒子在复合场中运动的基本方法,:,动力学观点；能量观点,。,应用升级,1.,地球大气层外部有一层复杂的电离,层，既分布有地磁场，也分布有电,场。假设某时刻在该空间中有一小,区域存在如图,8,3,1,所示的电场和 图,8,3,1,磁场；电场的方向在纸面内斜向左下方，磁场的方向,垂直纸面向里。此时一带电宇宙粒子恰以速度,v,垂直,于电场和磁场射入该区域，不计重力作用，则在该区域中，有关该带电粒子的运动情况可能的是,(,),A,仍做直线运动,B,立即向左下方偏转,C,立即向右上方偏转,D,可能做匀速圆周运动,解析：,比较,Eq,与,Bqv,，因二者开始时方向相反，当二者相等时，,A,正确；当,Eq,Bqv,时，向电场力方向偏，当,Eq,Bqv,时，向洛伦兹力方向偏，,B,、,C,正确，有电场力存在，粒子不可能做匀速圆周运动，,D,错,答案：,ABC,例,1,：如图所示两块水平放置的金属板长,L,=1.40m,，,间距为,d,=0.30m,。,两板间有,B,=1.25T,，,方向垂直纸面向里的匀强磁场。两板电势差,U,=1.510,3,v,，,上板电势高。当,t,=0,时，质量,m,=2.0010,-15,kg,，,电量,q,=1.0010,-10,C,的正粒子，以速度,V,=4.0010,3,m/s,从两板中央水平射入。不计重力，试分析：,粒子在两板间如何运动？粒子在两板间的运动时间是多少？,解：电场力,F=,qE,=q =,510,-7,N,（,竖直向下）,洛伦兹力,F=,Bqv,=,510,-7,N,（,竖直向上）,即 粒子所受两力平衡,所以，粒子应该做匀速直线运动。,运动的时间,t=,3.5,10,-4,s,例,1,如图，在竖直平面内有一个正交的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度为,1T,，电场强度为,10,N/C,，一个带正电的微粒，,q=210,-6,C,，质量,m=210,-6,，在这正交的电场的磁场内恰好做匀速直线运动，则带电粒子运动的速度大小多大？方向如何？,mg,mg=2,10,-5,N,F=,qE,做匀速直线运动,F,合,=0,f=,qvB,v,v=410,-5,/qB=20m/s,tan,=,qE,/mg,=60,速度方向与电场强度方向成,=60,角度,例,2,如图，水平放置的平行金属板,A,带正电，,B,带负电，,A,、,B,间距离为,d,，匀强电场的场强为,E,，匀强磁场的磁感应强度为,B,，方向垂直纸面向里，今有一带电粒子,A,、,B,间竖直平面内做半径为,R,的匀速圆运动，则带电粒子的转动方向为顺时针还是逆时针，速率是多少？,是否考虑重力？,qE,f=,qvB,匀速圆周运动的条件,：,F,合,=F,向,mg,F,合,=f=,qvB,=F,向,带负电,qE,=mg,v,转动方向为顺时针,qvB,=mv,2,/R,v=,qBR/m,m=,qE/g,v=,BRg,/E,【,例与练,】,如图所示，一个质量为,m,2.010,-11,kg,，电荷量,q,1.010,-5,C,的带电微粒,(,重力忽略不计,),，从静止开始经,U,1,100V,电压加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场，偏转电场的电压,U,2,100V,金属板长,L,20cm,，两板间距 。求：,(1),微粒进入偏转电场时的速度,v,0,的大小；,(2),微粒射出偏转电场时的偏转角,；,(3),若该匀强磁场的宽度为,D,10cm,，为使微粒不会由磁场右边射出，该匀强磁场的磁感应强度,B,至少多大？,解析,（,1,）由动能定理得：,（,2,）,微粒在偏转电场中做类平抛运动，有：,（,3,）,进入磁场时微粒的速度是：轨迹如图所示,由几何关系有：,洛伦兹力提供向心力有：,由以上各式可求得：,图,8,2,8,应用升级,3.1930,年劳伦斯制成了世界上第一台回,旋加速器，其原理如图,8,2,10,所示,，这台加速器由两个铜质,D,形盒,D,1,、,D,2,构成，其间留有空隙。下列说法正,确的是,(,),图,8,2,10,A,离子由加速器的中心附近进入加速器,B,离子由加速器的边缘进入加速器,C,离子从磁场中获得能量,D,离子从电场中获得能量,解析：,离子应从加速器的中心进入加速器，磁场使离子偏转，电场使离子加速，故选,A,、,D,。,答案：,AD,应用升级,2.,为监测某化工厂的污水排放量，技,术人员在该厂的排污管末端安装了,如图,8,3,6,所示的流量计。该装,置由绝缘材料制成，长、宽、高分 图,8,3,6,别为,a,、,b,、,c,，左右两端开口。在垂直于上下底面方向,加磁感应强度大小为,B,的匀强磁场，在前后两个内侧面,分别固定有金属板作为电极。污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压,U,。若用,Q,表示污水流量,(,单位时间内排出的污水体积,),，下列说法中正确的是,(,),A,若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高,B,若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高,C,污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大,D,污水流量,Q,与,U,成正比，与,a,、,b,无关,答案：,D,典题例析,例,1,在平面直角坐标系,xOy,中，第,象限存在沿,y,轴负方向的匀强电场，,第,象限存在垂直于坐标平面向外的,匀强磁场，磁感应强度为,B,。一质量,为,m,、电荷量为,q,的带正电的粒子从,y,轴,正半轴上的,M,点以速度,v,0,垂直于,y,轴射入 图,8,3,7,电场，经,x,轴上的,N,点与,x,轴正方向成,60,角射入磁场，最后从,y,轴负半轴上的,P,点垂直于,y,轴射出磁场，如图,8,3,7,所示。不计粒子重力，求：,(1),M,、,N,两点间的电势差,U,MN,；,(2),粒子在磁场中运动的轨道半径,r,；,(3),粒子从,M,点运动到,P,点的总时间,t,。,思路点拨,根据粒子在不同区域内的运动特点和受力特点画出轨迹，分别利用类平抛和圆周运动的分析方法列方程求解。,(1),电子经过,x,轴负半轴的坐标和此时速度方向与,x,轴的方向的夹角；,(2),电子再次经过,y,轴负半轴的坐标。,知识检索,分析带电粒子在复合场中的运动，解题的思路主要有两条线索：,(1),力和运动的关系。根据带电粒子所受的力，运用牛顿,第二定律并结合运动学规律求解。,(2),功能关系。根据场力及其他外力对带电粒子做功引起,的能量变化或全过程中的功能关系解决问题。,(2),油滴在,P,点得到的初速度大小。,(3),油滴在第一象限运动的时间和离开第一象限处的坐标。,审题指导,解答本题应注意以下三点：,(1),受力平衡，合外力为零；,(2),进入第一象限时受力情况、运动情况；,(3),画出油滴的运动轨迹。,拓展训练,2.,如图,8,3,10,所示，匀强电场场强,E,4 V/m,，方向水平向左，匀强磁,场的磁感应强度,B,2 T,，方向垂直,纸面向里，质量,m,1 kg,的带正电小,物体,A,，从,M,点沿绝缘粗糙的竖直墙 图,8,3,10,壁无初速度下滑，它滑行,h,0.8 m,到,N,点时脱离墙壁做,曲线运动，在通过,P,点瞬时,A,受力平衡，此时其速度与,水平方向成,45,角，且,P,点与,M,点的高度差为,H,1.6 m,，,g,取,10 m/s,2,。试求：,(1),A,沿墙壁下滑时，克服摩擦力做的功,W,f,是多少？,(2),P,点与,M,点的水平距离,s,是多少？,答案：,(1)6 J,(2)0.6 m,1,(2012,南昌模拟,),如图,8,3,11,为,一,“,滤速器,”,装置的示意图，,a,、,b,为水平放置的平行金属板，一束,具有各种不同速率的电子沿水平 图,8,3,11,方向经小孔,O,进入,a,、,b,两板之间。为了选取具有某种特,定速率的电子，可在,a,、,b,间加上电压，并沿垂直于纸面,的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能沿水平直线,OO,运动，由,O,射出。不计重力作用。可能达到上述目的的,办法是,(,),A,使,a,板电势高于,b,板，磁场方向垂直纸面向里,B,使,a,板电势低于,b,板，磁场方向垂直纸面向里,C,使,a,板电势高于,b,板，磁场方向垂直纸面向外,D,使,a,板电势低于,b,板，磁场方向垂直纸面向外,解析：,电子能沿水平直线运动，则电子所受的电场力与洛伦兹力大小相等方向相反，当,a,板电势高于,b,板时，根据左手定则判断，磁场方向应垂直纸面向里，所以,A,正确,C,错误；当,a,板电势低于,b,板时，根据左手定则判断，磁场方向应垂直纸面向外，所以,D,正确,B,错误。,答案：,AD,2.(2012,佛山模拟,),如图,8,3,12,所示，,某一真空室内充满竖直向下的匀强,电场,E,，在竖直平面内建立坐标系,xOy,，在,y,0,的空间内，图,8,3,12,将一质量为,m,的带电液滴,(,可视为质点,),自由释放，此液,滴则沿,y,轴的负方向，以加速度,a,2,g,(,g,为重力加速度,),做匀加速直线运动，当液滴运动到坐标原点时，被安置在原点的一个装置瞬间改变了带电性质,(,液滴所带电荷量和质量均不变,),，随后液滴进入,y,0,的空间运动。液滴在,y,0,的空间内以加速度,a,2,g,做匀加速直线运动，可知液滴带正电，且电场力等于重力，当液滴运动到坐标原点时变为负电荷，液滴进入,y,0,的空间内运动，电场力等于重力，液滴做匀速圆周运动，重力势能先减小后增大，电场力先做负功后做正功，电势能先增大后减小，动能保持不变，故选,D,。,答案：,D,3,(2012,大同联考,),如图,8,3,13,所示，,宽度为,l,0.8 m,的某一区域存在相互,垂直的匀强电场,E,与匀强磁场,B,，其大,小,E,210,8,N/C,，,B,10 T,。一带正电 图,8,3,13,荷的粒子以某一初速度由,M,点垂直电场和磁场方向射入，,沿直线运动，从,N,点离开；若只撤去磁场，则粒子从,P,点射出且速度方向发生了,45,的偏转，求粒子的比荷,(,不计粒子的重力,),。,答案：,2.5,10,6,C/kg,4,(2011,安徽高考,),如图,8,3,14,所示，,在以坐标原点,O,为圆心、半径为,R,的,半圆形区域内，有相互垂直的匀强电,场和匀强磁场，磁感应强度为,B,，磁 图,8,3,14,场方向垂直于,xOy,平面向里。一带正电的粒子,(,不计重力,),从,O,点沿,y,轴正方向以某一速度射入，带电粒子恰好做匀速直线运动，经,t,0,时间从,P,点射出。,点击此图片进入“课下综合提升”,