高三复习复合场课件

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,带电粒子在复合场中的运动状态,(1),当带电粒子所受合外力为零时，将在复合场中静止或,做,运动,(2),电场、磁场和重力场并存，带电粒子做,匀速圆周,运动，必然由洛伦兹力提供向心力，而,重力,和,电场力平衡。,一、带电粒子在复合场中的运动,1,复合场：,、,和重力场并存或两种场并存，或,分区域存在粒子在复合场中运动时，要考虑,、,的作用，有时也要考虑,重力,的作用,电场,磁场,电场力,磁场力,匀速直线,如图所示，回旋加速器,D,形盒的半径为,R,，用来加速质量为,m,、电荷量为,q,的质子，使质子由静止加速到能量为,E,后，由,A,孔射出,P209,例,1,解：（,1,）,质子在加速电场中由静止加速，根据动能定理有：,E,k,=eU,解析：,(2)带电粒子在磁场中运动，当半径达到D形盒的半径时动能最大，由牛顿第二定律有,:,e,v,B,（,3,）,.,交流电变化的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相等：,T=,如图所示为质谱仪的原理示意图，电荷量为q、质量为m的带,正电,的粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后进入粒子速度选择器，选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的场强为E、方向水平向右。已知带电粒子能够沿直线穿过速度选择器，从G点垂直MN进入偏转磁场，该偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场。带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片的H点。可测量出G、H间的距离为,l,。带电粒子的重力可忽略不计。求（1）粒子从加速电场射出时速度的大小。（2）粒子速度选择器中匀强磁场的磁感强度B1的大小和方向。（3）带电粒子进入偏转磁场的G点到H点的距离。,P209,例,2,解;（1）设带电粒子被加速电场加速后的速度为,v,，根据动能定理：,解得：,（,2,）带正电粒子以速度,v,进入相互垂直的电、磁场做直线运动，受到水平向右的电场力,q,E,，水平向左的洛伦兹力,qv,B,1,，用左手定则可判断磁场,B,1,方向垂直纸面向外,。,由,可解得：,q,E,qv,B1,（3）粒子以速度,v,从G进入偏转磁场，受到洛伦兹力做匀速圆周运动，到达照相底片的H点，,洛伦兹力提供了粒子运动的向心力，根据牛顿第二定律，可得,将（,1,）中的,v,代入，可解得：,G,点到,H,点的距离是,:,如图所示，在平面坐标系,xoy,内，第,II、III,象限内存在沿,y,轴正方向的匀强电场，电场强度大小为E,第I,、I,V象限内存在磁场方向垂直于纸面向外的匀强磁场.一带正电的粒子从第III象限中的,Q(-2L,-L),点以速度v0沿x轴正方向射出,恰好从坐标原点,O,进人磁场,然后又从y轴上的P(-,2L,0),点射出磁场。不计粒子重力,求：(,1,)粒子在磁场中做圆周运动的半径,r;,(2)粒子的比荷q/m和磁场的磁感应强度大小,B,；,(3)粒子从Q点出发运动到P点的时间t,。,P209,变式,3,2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,.,P212,3,(1),设粒子过,N,点时速度,v,，有,v,=2,v,0,=cos,q,粒子从,M,点运动到,N,点的过程，有,qU,MN,=,m,v,2,-,U,MN,=,(2),粒子在磁场中以,O,为圆心做匀速圆周运动，半径为,O,N,，有,q,v,B,=,r,=,120,0,(3),设,ON,长为,x,由几何关系得,x,=,r,sin,粒子在电场中运动的时间,t,1,，,有,x,=,v,0,t,1,得,t,1,=,粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期,T,=,设粒子在磁场中运动的时间,t,2,，,有,t,2,=,t,2,=,t,=,t,1,+,t,2,t,=,如图所示，在,xOy,平面内，第象限中有匀强电场，场强大小为,E,，方向沿,y,轴正方向，在,x,轴的下方有匀强磁场，方向垂直于纸面向里今有一个质量为,m,、电荷量为,q,的带负电的粒子(,不计重力,)，从,y,轴上的,A,点以初速度,v,0,垂直于电场方向进入电场经电场偏转后，沿着,x,轴C点进入磁场，并能返回到原出发点,A,.求,：,P212,4,A,C,（,1),粒子经过,C,点时速度的大小和方向；（,2,）磁感应强度的大小,B,磁流体发电机如图所示：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体来说呈中性)沿图中所示方向喷射入磁场，磁场中有两块金属板,A,、,B,，这时金属板上就聚集了电荷下述说法正确的是(),P213,1,A,A,板带正电,B有电流从,b,经用电器流向,a,C金属板,A,、,B,间的电场方向向下,D等离子体发生偏转的原因是离子所受的洛伦兹力大于所受的电场力,解析：,据左手定则判断带正电微粒向下偏转，故,B,极带正电，即,B,极电势高，电流从,b,流向,a,，电场方向向上,答案：,BD,BD,+,-,+,+,+,-,-,-,电源,如图(b)，运动电荷在磁场中受洛伦兹力发生偏转，正负离子分别到达,B,、,A,极板，(,B,板为电源正极，故电流方向从,B,经,R,到,A,)使,A,、,B,板间存在匀强电场，并在电场力作用下偏转减弱，直至当等离子体不发生偏转即匀速穿过时，有,q,v,B,Eq,.,AB,两板间,U,Ed,Bd,v,根据全电路欧姆定律得：,I,Bd,v,/,R,.,如图所示，相距为,d,、板间电压为,U,的平行金属板,M,、,N,间有垂直纸面向里、磁感应强度为,B,0的匀强磁场；在,pOy,区域内有垂直纸面向外、磁感应强度为,B,的匀强磁场；,pOx,区域为无场区一正离子沿平行于金属板、垂直磁场射入两板间并做匀速直线运动，从,H,（0，,a,）点垂直,y,轴进入第象限,（1）求离子在平行金属板间的运动速度；,（2）若离子经,Op,上某点离开磁场，,最后垂直,x,轴离开第象限，求离子,在第象限磁场区域的运动时间；,（3）要使离子一定能打在x轴上，,则离子的荷质比 应满足什么条件？,P213,例,1,解：（,1,）离子在平行板内匀速直线运动，因此有,又,解得离子在平行板内的速度为,（,2,）如图为离子在第,I,象限磁场区域内运动的轨迹图，,由几何关系得，轨迹半径为,轨迹对应的圆心角为,运动周期为,运动时间为,（,3,）要使离子一定能打在,x,轴上，离子在磁场,B,中运动的最小半径如图所示,由几何关系,得,由,得,即,必须小于,电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的,流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）,.为了简化，假设流量计是如图6所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c.流量计的两端与输送流体的管道相连（图中虚线）.图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料.现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面.当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值.已知流体的电阻率为，不计电流表的内阻，则可求得流量为（）,A.,（,bR+,）,B.(aR+),C.(cR+)D.(R+),P213,变式,1,A,设管中流体的流速为,v,，则在,t,时间内流体在管中向前移动的距离为,vt,流体在,t,时间内都将流过横截面，设此横截面积为,S,，则画线的流体体积,V=Svt,，,流体在该管中的流量为,Q=Sv,横截面积,S=bc,，故流过流量计的流量,Q=vbc,流体将切割磁感线，这样在流量计的上、下两面产生感应电动势,E=Bc,v,在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻,R,的电流表的两端连接，如右图所示，,可导电流体的电阻,r=,闭合电路中的电流等于,管中的流量为,Q=Sv,P213,例题,2,时间恰从半圆形区,域的边界射出，求粒子运动加速度大小（,3,）若仅撤去电场，带电粒子仍从,O,点射入但速度为原来的,4,倍，求粒子在磁场中运动的时间,如图所示，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人，带电粒子恰好做匀速直线运动，经,t0,时间从,P,点射出（,1,）电场强度的大小和方向（,2,）若仅撤去磁场，带电粒子仍从,O,点以相同的速度射人，经,解：（,1,）设粒子从,O,点进入是的速度为,vo,，由于粒子匀速直线运动，由洛伦兹力公式及共点力平衡条件有：,qE,qvB,由匀速直线运动位移公式有：,联立（,1,）（,2),式得：,方向沿,x,轴正向。,（,2,）撤去磁场后，粒子在匀强电场中做类平抛运动，,x,y,v,。,由运动学公式有：,粒子从半圆边界射出，故有：,联立（,2),（,4,）（,5,）（,6,）式得：,-,（,1,）,-,（,2,）,-,（,3,）,-,（,4,）,-,（,5,）,-,（,6,）,-,（,7,）,在匀强电场中：,（,3,）撤去电场后粒子进入磁场区域后做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。由左手定则可知，圆心,在,x,轴负半轴上，粒子的运动轨迹如图所示。,对粒子的圆周运动运用牛顿第二定律及洛伦兹力公式有：,联立（,2),（,7,）（,8,）（,9,）式得：,-,（,9,）,-,（,10,）,由几何关系可知：,-,（,11,）,-,（,12,）,粒子在磁场中运动的时间为：,联立（,10),（,11,）式得：,如图，坐标系,xOy,在竖直平面内。,x,轴下方有匀强电场和匀强磁场，电场强度为,E,、方向竖直向下，磁感应强度为,B,、方向垂直纸面向里。将一个带电小球从,y,轴上,P,（,0,，,h,）点以初速度,v,0,竖直向下抛出，小球穿过,x,轴后，恰好做匀速圆周运动。不计空气阻力，已知重力加速度为,g,。求：,（,1,）小球带正电还是带负电；,（,2,）小球做圆周运动的半径；,（,3,）小球从,P,点到第二次经过,x,轴所用的时间。,P213,变式,2,解：（,1,）小球穿过,x,轴后恰好做匀速圆周运动，画出小球运动的轨迹示意图,有,qE,=,mg,mg,qE,O,点处受力分析,qvB,可知小球,带负电,（,2,）小球经过,O,点时的速度为,v,，从,P,到,O,解得：,小球穿过,x,轴后恰好做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律,求出,（,3,）从,P,到,O,，小球第一次经过,x,轴，所用时间为,t,1,v,=,v,0,+,gt,1,从,O,到,A,，小球第二次经过,x,轴，所用时间为,t,2,求出,t,=,t,1,+,t,2,=,+,如图所示，竖直放置的金属薄板,M,、,N,间距为,d,绝缘水平直杆左端从,N,板中央的小孔穿过，与,M,板固接，右端处在磁感应强度为,B,的匀强磁场中质量为,m,、带电量为,+q,的中空小球,P,，套在水平直杆上，紧靠,M,板放置，与杆的动摩擦因数为,当在,M,、,N,板间加上适当的电压,U,后，,P,球将沿水平直杆从,N,板小孔射出，试问：,（,1,）此时,M,、,N,哪个板的电势高？它们间的电势差必须大于多少？,（,2,）若,M,、,N,间电压 时，小球能沿水平直杆从,N,板中央小孔射入磁场，则射入的速率多大？若磁场足够大，水平直杆足够长，则小球在磁场中运动的整个过程中，摩擦力对小球做多少功？,P213,例题