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,考点一 带电粒子在组合场中的运动,考点二 带电粒子在叠加场中的运动,考 点,高三物理一轮复习,第3节 带电粒子在复合场中的运动,第八章 磁 场,1(带电粒子在电场和磁场中的运动)(多选)在如下图所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域内，电子可能沿水平方向向右做直线运动的是( ),若电子水平向右运动，在A图中静电力水平向左，洛伦兹力竖直向下，故不可能；在B图中，静电力水平向左，洛伦兹力为零，故电子可能水平向右做匀减速直线运动；在C图中静电力竖直向上，洛伦兹力竖直向下，当二者大小相等时，电子向右做匀速直线运动；在D图中静电力竖直向上，洛伦兹力竖直向上，故电子不可能做水平向右的直线运动，B、C正确,解析,答案,图片显/隐,基础自测,BC,2.(带电粒子在重力场、电场磁场中的运动)(多选)在空间某一区域里，有竖直向下的匀强电场E和垂直纸面向里的匀强磁场B，且两者正交有两个带电油滴，都能在竖直平面内做匀速圆周运动，如右图所示，则两油滴一定相同的是( ) A带电性质 B运动周期 C运动半径 D运动速率,基础自测,解析,答案,图片显/隐,AB,3.(霍尔效应的理解)(2015云南三校二模)如右图所示，长方体玻璃水槽中盛有NaCl的水溶液，在水槽左、右侧壁内侧各装一导体片，使溶液中通入沿x轴正向的电流I，沿y轴正向加恒定的匀强磁场B.图中a、b是垂直于z轴方向上水槽的前、后两内侧面，则( ) Aa处电势高于b处电势 Ba处离子浓度大于b处离子浓度 C溶液的上表面电势高于下表面的电势 D溶液的上表面处的离子浓度大于下表面处的离子浓度,当通入沿x轴正向的电流时，由左手定则可知，正、负电子均向a侧偏，a处离子浓度大于b处，但a、b两板无电势差，故B选项正确,基础自测,解析,答案,图片显/隐,B,4.(带电粒子在电磁组合场中的运动)(2015湖北襄阳调研)如图所示，两导体板水平放置，两板间电势差为U，带电粒子以某一初速度v0沿平行于两板的方向从两板正中间射入，穿过两板后又垂直于磁场方向射入边界线竖直的匀强磁场，则粒子射入磁场和射出磁场的M、N两点间的距离d随着U和v0的变化情况为( ) Ad随v0增大而增大，d与U无关 Bd随v0增大而增大，d随U增大而增大 Cd随U增大而增大，d与v0无关 Dd随v0增大而增大，d随U增大而减小,基础自测,解析,答案,图片显/隐,A,一、带电粒子在复合场中的运动 1复合场与组合场 (1)复合场：电场、_、重力场共存，或其中某两场共存 (2)组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠或在同一区域，电场、磁场_出现 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,教材梳理,磁场,交替,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时，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是拋物线 (4)分阶段运动 带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域，其运动情况随区域发生变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成,教材梳理,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(如图所示) (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 (2)粒子能够通过选择器的条件： qEqvB，即v _,教材梳理,垂直,速度,2磁流体发电机(如图所示) (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_极 (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 _,教材梳理,内,电,正,Bdv,3电磁流量计 (1)如图所示，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,教材梳理,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_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_，这种现象称为霍 尔效应，所产生的电势差称为霍尔电势差，其原理如图所示,教材梳理,磁场方向,电势差,“电偏转”和“磁偏转”的比较：,考点一 带电粒子在组合场中的运动,考点阐释,考点阐释,考点一 带电粒子在组合场中的运动,考点阐释,考点一 带电粒子在组合场中的运动,题组一 先电场后磁场类 1.(2013高考安徽卷)如图所示的平面直角坐标系xOy，在第象限内有平行于y轴的匀强电场，方向沿y轴正方向；在第象限的正三角形abc区域内有匀强磁场，方向垂直于xOy平面向里，正三角形边长为L，且ab边与y轴平行一质量为m、电荷量为q的粒子，从y轴上的P(0，h)点，以大小为v0的速度沿x轴正方向射入电场，通过电场后从x轴上的a(2h，0)点进入第象限，又经过磁场从y轴上的某点进入第象限，且速度与y轴负方向成45角，不计粒子所受的重力求： (1)电场强度E的大小；,题组设计,图片显/隐,考点一 带电粒子在组合场中的运动,(2)粒子到达a点时速度的大小和方向； (3)abc区域内磁场的磁感应强度B的最小值,题组设计,解析,考点一 带电粒子在组合场中的运动,题组设计,解析,答案,考点一 带电粒子在组合场中的运动,题组二 先磁场后电场类 2.(2014高考大纲全国卷)如图，在第一象限存在匀强磁场，磁感应强度方向垂直于纸面(xy平面)向外；在第四象限存在匀强电场，方向沿x轴负向在y轴正半轴上某点以与x轴正向平行、大小为v0的速度发射出一带正电荷的粒子，该粒子在(d，0)点沿垂直于x轴的方向进入电场不计重力若该粒子离开电场时速度方向与y轴负方向的夹角为，求 (1)电场强度大小与磁感应强度大小的比值； (2)该粒子在电场中运动的时间,(1)如图，粒子进入磁场后做匀速圆周 运动设磁感应强度的大小为B，粒 子质量与所带电荷量分别为m和q，圆 周运动的半径为R0.由洛伦兹力公式及 牛顿第二定律得,题组设计,解析,图片显/隐,考点一 带电粒子在组合场中的运动,设电场强度大小为E，粒子进入电场后沿x轴负方向的加速度大小为ax，在电场中运动的时间为t，离开电场时沿x轴负方向的速度大小为vx.由牛顿第二定律及运动学公式得 Eqmax vxaxt ,题组设计,解析,考点一 带电粒子在组合场中的运动,题组设计,解析,答案,考点一 带电粒子在组合场中的运动,求解带电粒子在组合场中运动问题的分析方法 (1)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 (2)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 (3)对于粒子连续通过几个不同区域、不同种类的场时，要分阶段进行处理，并找出各阶段间的衔接点和相关联的物理量 (4)画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律,规律总结,考点一 带电粒子在组合场中的运动,规律总结,考点一 带电粒子在组合场中的运动,1带电粒子在叠加场中无约束情况下的运动情况分类 (1)磁场力、重力并存 若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动 若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂的曲线运动，因洛伦兹力不做功，故机械能守恒，由此可求解问题 (2)电场力、磁场力并存(不计重力的微观粒子) 若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动 若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂的曲线运动，因洛伦兹力不做功，可用动能定理求解问题,考点二 带电粒子在叠加场中的运动,考点阐释,(3)电场力、磁场力、重力并存 若三力平衡，一定做匀速直线运动 若重力与电场力平衡，一定做匀速圆周运动 若合力不为零且与速度方向不垂直，将做复杂的曲线运动，因洛伦兹力不做功，可用能量守恒或动能定理求解问题 2带电粒子在叠加场中有约束情况下的运动 带电体在复合场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下，常见的运动形式有直线运动和圆周运动，此时解题要通过受力分析明确变力、恒力做功情况，并注意洛伦兹力不做功的特点，运用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求出结果,考点阐释,考点二 带电粒子在叠加场中的运动,1.(2015浙江三校模拟)(多选)如图，空间中存在正交的匀 强电场E和匀强磁场B(匀强电场水平向右)，在竖直平面 内从a点沿ab、ac方向抛出两带电小球(不考虑两带电球的 相互作用，两球电荷量始终不变)，关于小球的运动，下 列说法正确的是( ) A沿ab、ac方向抛出的带电小球都可能做直线运动 B只有沿ab抛出的带电小球才可能做直线运动 C若有小球能做直线运动，则它一定是匀速运动 D两小球在运动过程中机械能均守恒,沿ab方向抛出的带正电小球，或沿ac方向抛出的带负电的小球，在重力、电场力、洛伦兹力作用下，都可能做匀速直线运动，A正确、B错误在重力、电场力、洛伦兹力三力都存在时的直线运动一定是匀速直线运动，C正确两小球在运动过程中除重力做功外还有电场力做功，故机械能不守恒，D错误,题组设计,解析,答案,图片显/隐,考点二 带电粒子在叠加场中的运动,AC,2.(2015甘肃第一次诊考)在两个水平平行金属极板间存在着竖直向下的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场，其中磁感应强度的大小B1 T一个比荷为q/m2102 C/kg的带正电微粒恰好能沿水平直线以速度v11103 m/s通过该区域，如图所示计算中取重力加速度g10 m/s2. (1)求电场强度E的大小； (2)若极板间距足够大，另一个比荷与前者相同的带负电液滴刚好可以在板间做半径为5 m的匀速圆周运动，求其速度v2的大小以及在纸面内旋转的方向,题组设计,解析,答案,图片显/隐,考点二 带电粒子在叠加场中的运动,(1)500 V/m (2)0.1 m/s 顺时针方向,题组设计,图片显/隐,考点二 带电粒子在叠加场中的运动,(1)小物体P1在水平轨道CD上运动速度v的大小； (2)倾斜轨道GH的长度s.,(1)设小物体P1在匀强磁场中运动的速度为v，受到向上的洛伦兹力为F1，受到的摩擦力为f，则 F1qvB f(mgF1) 由题意，水平方向合力为零，Ff0 联立式，代入数据解得v4 m/s ,题组设计,解析,考点二 带电粒子在叠加场中的运动,(1)4 m/s (2)0.56 m,P1在GH上运动，受到重力、电场力和摩擦力的作用，设加速度为a1，根据牛顿第二定律 qEcos mgsin (mgcos qEsin )ma1 P1与P2在GH上相遇时，设P1在GH上运动的距离为s1，则 设P2质量为m2，在GH上运动的加速度为a2，则 m2gsin m2gcos m2a2 P1与P2在GH上相遇时，设P2在GH上运动的距离为s2，则 联立式，代入数据得ss1s20.56 m ,题组设计,解析,答案,考点二 带电粒子在叠加场中的运动,分析带电粒子在复合场中运动问题的一般步骤 (1)看清粒子所在区域中场的组成，一般是电场、磁场、重力场中两个场或三个场的复合场 (2)正确的受力分析是解题的基础，除了重力、弹力、摩擦力以外，特别要注意电场力和洛伦兹力的分析，不可遗漏任一个力 (3)在受力分析的基础上进行运动分析，注意运动情况和受力情况的相互结合，特别要关注一些特殊的时刻所处的特殊状态(临界状态)，对于临界问题，注意挖掘隐含条件 (4)如果粒子在运动过程中经过不同的区域受力发生改变，应根据需要对整个过程分阶段处理,规律总结,考点二 带电粒子在叠加场中的运动,(5)应用一些必要的数学知识，画出粒子的运动轨迹示意图，根据题目的条件和问题灵活选择不同的物理规律解题 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； 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； 当带电粒子做复杂曲线运动时，一般要结合动能定理或能量守恒定律求解,规律总结,考点二 带电粒子在叠加场中的运动,本节课综合性较强，题目难度偏大，特别是对数学知识的要求较高，复习备考应注意以下两点： 1“三个分析”巧解带电粒子在复合场中的运动 (1)正确分析受力情况，重点明确重力是否不计和洛伦兹力的方向 (2)正确分析运动情况，常见的运动形式有：匀速直线运动、匀速圆周运动和一般变速曲线运动 (3)正确分析各力的做功情况，主要分析电场力和重力的功，洛伦兹力一定不做功,名师微点拨,2常见的“三个易错” (1)等离子体是一种正、负电荷几乎相等，对外呈电中性的高度电离的气体 (2)流量是单位时间内流过某一截面液体的体积，而不是某段时间内的总体积 (3)带电离子在速度选择器中的曲线运动，不是“类平抛”运动而是复杂的曲线运动,带电粒子在交变电磁场中运动的处理方法 【方法概述】 这类问题首先要明确是电场做周期性变化还是磁场做周期性变化，亦还是电场、磁场都做周期性变化，另外分析是否计重力在这类问题中，电场或磁场变化的周期一般会与粒子做圆周运动的周期存在某种关系在某段时间内若受力平衡，则做匀速直线运动；在某段时间内若带电粒子只受电场力，则做类平抛运动，应用运动的合成与分解的方法分析；在某段时间内若带电粒子只受洛伦兹力，则做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力当然还会涉及平衡条件、牛顿运动定律、运动学公式、动能定理等,思想方法,【题型简述】 带电粒子在周期性变化场中的运动问题涉及的物理过程较复杂，一般都存在多值和对称的情况渗透物理世界的对称与和谐这类问题能很好地考查学生思维的多元性和空间的想象力，更能考查学生的综合分析能力，近几年内带电粒子在周期性变化场中的运动问题将成为压轴题的最大热点,思想方法,【典例】 (2015云南部分名校统考)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.在第一、四象限有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于Oxy平面向里位于极板左侧的粒子源沿x轴向右连续发射质量为m、电量为q、速度相同、重力不计的带电粒子在03t0时间内两板间加上如图乙所示的电压(不考虑极板边缘的影响)已知t0时刻进入两板间的带电粒子恰好在t0时刻经极板边缘射入磁场上述m、q、l、t0、B为已知量(不考虑粒子间相互影响及返回极板间的情况),思想方法,图片显/隐,(1)求电压U0的大小； (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,思想方法,解析,思想方法,解析,思想方法,解析,思想方法,解析,答案,
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