（优化方案）2016年高三物理大一轮复习 第八章　磁　场 第三节带电粒子在复合场中的运动

（优化方案）2016年高三物理大一轮复习 第八章　磁　场 第三节带电粒子在复合场中的运动内容摘要：

1、高中物理资源下载平台世昌的博客 带电粒子在复合场中的运动学生用书 、带电粒子在复合场中的运动1复合场的分类(1)叠加场：电场、磁场、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、磁场交替出现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为零时，将处于静止状态或做匀速直线运动(2)匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小相等、方向相反时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，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 2、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1.(单选)(2015江西七校联考)在竖直放置的光滑绝缘圆环上，套有一个带电荷量为q、质量为 m 的小环，整个装置放在如图所示的正交电磁场中，电场强度 E滑过多少弧度时所受洛伦兹力最大( ) 2C. D34答案：电粒子在复合场中运动的应用实例1质谱仪(1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成(2)原理：粒子由静止在加速电场中被加速，根据动能定理可得关系式 匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式 m 粒子轨道半径、粒子质量、比荷高中物理资源下载平台世昌的博客 ，m ， 旋加速器(1)构造：如图所示，D 1、D 3、2 是半圆形金属盒，D 形盒的缝隙处接交流电源D 形盒处于匀强磁场中(2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子经电场加速，经磁场回旋，由 ，得 ，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度 B 和 D 形盒半径 加速电压无关3速度选择器(如图所示)(1)平行板中电场强度 E 和磁感应强度 B 互相垂直这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是 qE v 流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能(2)根据左手定则，如图中的 B 是发电机正极(3)磁流体发电机两极板间的距离为 L，等离子体速度为 v 4、，磁场的磁感应强度为 B，则由 qEq 两极板间能达到的最大电势差 U 磁流量计工作原理：如图所示，圆形导管直径为 d，用非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷(正、负离子 )，在洛伦兹力的作用下横向偏转，a、b 间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b 间的电势差就保持稳定，即：qEq ，所以 v ，因此液体流量 Q 单选)如图所示是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为 B 和 上有可让粒子通过的狭缝 P 和记录粒子位置的胶片 下方有磁感应强度为高中物理资源下载 5、平台世昌的博客 下列表述错误的是()A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过狭缝 P 的带电粒子的速率等于 E/子打在胶片上的位置越靠近狭缝 P，粒子的比荷越小答案：电粒子在叠加场中的运动 学生用书 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 6、不做功，可用动能定理求解问题(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，除受场力外，还受弹力、摩擦力作用，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(2014高考四川卷)如图所示，水平放置的不带电的平行金属板 p 和 b 相距 h，与 7、图示电路相连，金属板厚度不计，忽略边缘效应p 板上表面光滑，涂有绝缘层，其上 O 点右侧相距 h 处有小孔K；b 板上有小孔 T，且 O、 T 在同一条竖直线上，图示平面为竖直平面质量为 m、电荷量为q (q0)的静止粒子被发射装置 (图中未画出)从 O 点发射，沿 t 后到达 K 孔，不与板碰撞地进入两板之间粒子视为质点，在图示平面内运动，电荷量保持不变，不计空气阻力，重力加速度大小为 g.(1)求发射装置对粒子做的功；(2)电路中的直流电源内阻为 r，开关 S 接“1”位置时，进入板间的粒子落在 b 板上的 点与过 K 孔竖直线的距离为 接“2”位置，求阻值为 R 的电阻中的电流强度；高中 8、物理资源下载平台世昌的博客 (3)若选用恰当直流电源，电路中开关 S 接“1” 位置，使进入板间的粒子受力平衡，此时在板间某区域加上方向垂直于图面的、磁感应强度大小合适的匀强磁场(磁感应强度 B 只能在 0B m 范围内选取) ，使粒子恰好从 b 板的 T 孔飞出，求粒子飞出时速度 21 5m 21 2b 板板面的夹角的所有可能值(可用反三角函数表示 )审题点睛 (1)粒子从 O 到 K 做什么运动。 发射装置对粒子做的功与粒子的动能有何关系。 (2)第(2)问中，粒子在两板间受哪些力。 做什么运动。 (3)第(3)问中，电场力与重力平衡，再加上合适的磁场，粒子做什么运动。 离开磁场区域后，粒子做什么运 9、动。 要使粒子能通过 T 孔，离开磁场时的速度方向应满足什么条件。 解析(1)设粒子在 p 板上做匀速直线运动的速度为 hv 0t设发射装置对粒子做的功为 W，由动能定理得W 12 20联立式可得 W .)S 接“1”位置时，电源的电动势 相等，有 板间产生匀强电场的场强为 E，粒子进入板间时有水平方向的速度 板间受到竖直方向的重力和电场力作用而做类平抛运动，设加速度为 a，运动时间为 UEhmgqEmah 12 21lv 0 接“2”位置，则在电阻 R 上流过的电流 I 满足I 式得I . r(g 23)由题意知此时在板间运动的粒子重力与电场力平衡，当粒子从 K 进入板间后立即进入磁场做匀速圆周 10、运动，如图所示，粒子从 D 点出磁场区域后沿 匀速直线运动，b 板上表面的夹角为题目所求夹角 ，磁场的磁感应强度 B 取最大值时的夹角 为最大值 m，设粒子做匀速圆周运动的半径为 R，有 点作 b 板的垂线与 b 板的上表面交于 G，由几何关系有hR(1 )DGhR 世昌的博客 式，将 BB 得m5当 B 逐渐减小，粒子做匀速圆周运动的半径 R 也随之变大，D 点向 b 板靠近，b 板上表面的夹角 也越变越小，当 D 点无限接近于 b 板上表面时，粒子离开磁场后在板间几乎沿着 b 板上表面运动而从 T 孔飞出板间区域，此时 0 满足题目要求，夹角 趋近 0，即 00则题目所求夹角为 00 表示 11、电场方向竖直向上t0 时，一带正电、质量为 m 的微粒从左边界上的 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 Q 为线段 中点，重力加速度为 d、E 0、m 、v、g 为已知量高中物理资源下载平台世昌的博客 (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 的最小值审题点睛 (1)N 1Q 段的直线运动分析：受力平衡(2)圆周运动分析：重力与电场力平衡、洛伦兹力提供向心力(3)直线运动的时间圆周运动的时间周期(4)磁场宽度的临界值：d 12、2R.该得的分一分不丢。 规 范 解 答 (1)微粒做直线运动，则 2 分)微粒做圆周运动，则 mg(2 分)联立得 q (1 分).(1 分)2)设微粒 从 的时间为 圆周运动的周期为 (1 分)m (2 分)(1 分)联立得 ；t 2 (2 分)t 1t 2 .(1 分)若微粒能完成题述的运动过程，要求 d2R(1 分)联立得 R (1 分)1Q 段直线运动的最短时间为 得 ，(1 分)Rv 的最小值t 1t 2 .(1 分)2 1案(1) (2) (3)2 1法提炼 (1)解决带电粒子在交变电场、磁场中的运动问题时，关键要明确粒子在不同时间段内、不同区域内的受力特性，对粒子的运动情景、运动性质做出判断高中物理资源下载平台世昌的博客 (2)这类问题一般都具有周期性，在分析粒子运动时，要注意粒子的运动周期、电场周期、磁场周期的关系(3)带电粒子在交变电磁场中运动仍遵循牛顿运动定律、运动的合成与分解、动能定理、能量守恒定律等力学规律，所以此类问题的研究方法与质点动力学相同3.(2015湖北八市联考) 如图甲所示，水平直线 方有竖直向上的匀强电场，现将一。