带电粒子在复合场中的运动(共48张PPT)

课件48张PPT。3.6带电粒子在复合场中的运动
--应用实例教学目标：
1、进一步熟悉带电粒子在匀强磁场、匀强电场和重力场中的各自受力特点。
2、会运用有关动力学知识求解带电粒子在复合场中的运动的实际问题 。 课堂互动讲练经典题型探究知能优化演练第三节　带电粒子在复合场中的运动基础知识梳理基础知识梳理一、带电粒子在复合场中的运动
1．复合场：电场、磁场和重力场并存或两种场并存，或分区域并存．粒子在复合场运动时要考虑__________、__________和重力作用．
2．带电粒子在复合场中的运动分类
(1)静止或匀速直线运动
当带电粒子在复合场中所受合外力_______时，将处于静止状态或做匀速直线运动．静电力洛伦兹力为零(2)匀速圆周运动
当带电粒子所受的______与__________大小相等、方向相反时，带电粒子在__________的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动．
(3)非匀变速曲线运动
当带电粒子所受的合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一条直线上，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线．重力电场力洛伦兹力二、带电粒子在复合场中运动的实例分析
1．速度选择器(如图8－3－1)(1)平行板间电场强度E和磁感应强度B互相_____．这种装置能把具有一定_____的粒子选择出来，所以叫做速度选择器．垂直速度qvB2．磁流体发电机(如图8－3－2)图8－3－2(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把___能直接转化为____能．
(2)根据左手定则，如图中的B板是发电机_____．
(3)磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为v，磁场磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差U＝_______.电正极Bdv内3．电磁流量计
(1)如图8－3－3所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体流过导管．图8－3－3洛伦兹力电势差平衡4．霍尔效应
在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了_______．这个现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为___________或霍尔电压，其原理如图8－3－4所示．电势差霍尔电势差特别提示：分析带电粒子在复合场中的运动时，如果没有明确指出，则对于微观粒子如电子、质子、α粒子、离子等其重力可忽略不计；对于实际物体，如带电小球、液滴、金属块等一般应考虑重力．课堂互动讲练一、电偏转和磁偏转的比较
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1．(2011年抚顺六校联合体模拟)如图8－3－5所示，一带电粒子以某一速度在竖直平面内做匀速直线运动，经过一段时间后进入一垂直于纸面向里、磁感应强度为B的最小的圆形匀强磁场区域(图中未画出磁场区域)，粒子飞出磁场后垂直电场方向进入宽为L的匀强电场，电场强度大小为E，方向竖直向上．当粒子穿出电场时速率变为原来的倍．已知带电粒子的质量为m，电荷量为q，重力不计．粒子进入磁场前的速度与水平方向成θ＝60°角．试回答：图8－3－5(1)粒子带什么电？
(2)带电粒子在磁场中运动时速度多大？
(3)该最小的圆形磁场区域的面积为多大？(3)如图所示，带电粒子在磁场中所受洛伦兹力提供向心力，设粒子在磁场中做圆周运动的半径为R，圆形磁场区域的半径为r，则：答案：见解析二、带电粒子在复合场中运动的一般思路
1．带电粒子在复合场中运动的分析方法和一般思路
(1)弄清复合场的组成，一般有磁场、电场的复合，磁场、重力场的复合，磁场、电场、重力场三者的复合．
(2)正确受力分析，除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静电力和磁场力的分析．
(3)确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合．
(4)对于粒子连续通过几个不同情况的场的问题，要分阶段进行处理．(5)画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律．
①当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，根据受力平衡列方程求解．
②当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，应用牛顿定律结合圆周运动规律求解．
③当带电粒子做复杂曲线运动时，一般用动能定理或能量守恒定律求解．
④对于临界问题，注意挖掘隐含条件．2．复合场中粒子重力是否考虑的三种情况
(1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、金属块等一般应当考虑其重力．
(2)在题目中有明确说明是否要考虑重力的，这种情况比较正规，也比较简单．
(3)不能直接判断是否要考虑重力的，在进行受力分析与运动分析时，要由分析结果确定是否要考虑重力．3．各种场力的特点
(1)重力的大小为mg，方向竖直向下，重力做功与路径无关，重力势能的变化总是与重力做功相对应．
(2)电场力与电荷的性质及电场强度有关，电场力做功与路径无关，电势能的变化总是与电场力做功相对应．
(3)洛伦兹力的大小F＝qvB，其方向与速度方向垂直，所以洛伦兹力不做功．特别提醒：(1)全面正确地分析带电粒子的受力和运动特征是解题的前提，尤其是电场力和洛伦兹力的分析，特别要注意洛伦兹力要随带电粒子运动状态的变化而改变．
(2)注意重力、电场力做功与路径无关，洛伦兹力始终和运动方向垂直、永不做功．即时应用(即时突破，小试牛刀)
2．如图8－3－6所示，竖直平面xOy内存在水平向右的匀强电场，场强大小E＝10 N/C，在y≥0的区域内还存在垂直于坐标平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小B＝0.5 T，一带电荷量q＝＋0.2 C、质量m＝0.4 kg的小球由长l＝0.4 m的细线悬挂于P点，小球可视为质点．现将小球拉至水平位置A无初速释放，小球运动到悬点P正下方的坐标原点O时，悬线突然断裂，此后小球又恰好能通过O点正下方的N点．(g＝10 m/s2)求：答案：(1)2 m/s　(2)8.2 N　(3)3.2 m经典题型探究 (2009年高考全国卷Ⅱ)如图8－3－7所示，在宽度分别为l1和l2的两个毗邻的条形区域中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以及粒子在磁场与电场中运动时间之比．【思路点拨】　粒子在磁场中做匀速圆周运动，结合几何知识，确定圆心和半径，从而确定磁感应强度和圆心角(或时间)．粒子在电场中做类平抛运动时，结合平抛规律可求得电场强度及运动时间．【答案】　见解析
【名师归纳】　分析组合场中粒子的运动时，应分别分析粒子在隔离场中的受力情况及运动轨迹，从而选取适当的规律列式求解，且要注意粒子在两场交界处的关键点． (2010年高考安徽理综卷)如图8－3－9甲所示，宽度为d的竖直狭长区域内(边界为L1、L2)，存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场(如图乙所示)，电场强度的大小为E0，E＞0表示电场方向竖直向上．t＝0时，一带正电、质量为m的微粒从左边界上的N1点以水平速度v射入该区域，沿直线运动到Q点后，做一次完整的圆周运动，再沿直线运动到右边界上的N2点．Q为线段N1N2的中点，重力加速度为g.上述d、E0、m、v、g为已知量．(1)求微粒所带电荷量q和磁感应强度B的大小；
(2)求电场变化的周期T；
(3)改变宽度d，使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域，求T的最小值．【方法技巧】　(1)带电粒子在匀强电场、磁场及重力场中做圆周运动时，重力与电场力平衡，洛伦兹力提供向心力；做直线运动时，三力平衡；
(2)粒子交替做直线运动、圆周运动，要注意找圆周运动的周期与电场(或磁场)变化周期的关系． (满分样板　15分)在场强为B的水平匀强磁场中，一质量为m、带电荷量为＋q的小球在O点由静止释放，小球的运动曲线如图8－3－12所示．已知此曲线在最低点的曲率半径为该点到x轴距离的2倍，重力加速度为g.求：(1)小球运动到任意位置P(x，y)的速率v；
(2)小球在运动过程中第一次下降的最大距离ym；
(3)欲使小球沿x轴正向做直线运动，可在该区域加一匀强电场，试分析加电场时，小球在什么位置，所加电场的场强为多少？方向如何？【思路点拨】　分析该题时应把握以下几点：
(1)求解小球的速率可根据动能定理；
(2)小球下降的最大距离可由圆周运动分析；
(3)小球做直线运动，可由小球的运动特征分析受力的特点．谢谢