[原创]《南方新高考》物理专题九第讲带电粒子在复合场中的运动[配套课件]..ppt

第 3 讲 带电粒子在复合场中的运动 一、复合场的基本理论 1．复合场的分类： (1)分离场：即电场与磁场有明显的________，带电粒子分 别在两个区域内做两种不同的运动，即分段运动，该类问题运 动过程较为复杂，但对于每一段运动又较为清晰易辨，往往这 类问题的关键在于分段运动的连接点处的速度，具有承上启下 的作用． 界线 同一区域 (2)叠加场：即在____________内同时有电场、磁场和重力 场，或其中两场并存，此类问题看似简单，受力不复杂，但仔 细分析其运动往往比较难把握． 2．重力考虑与否分三种情况： (1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等一般不做特殊交 待就可以不计其重力，因为其重力一般情况下与电场力或磁场 力相比________，可以________；而对于一些实际物体，如带 电小球、液滴、金属块等不做特殊交待时就应当考虑其重力． (2)在题目中有明确交待的是否要考虑重力的，这种情况比 较正规，也比较简单． 太小 忽略 (3)对未知的带电粒子其重力是否忽略又没有明确时，可采 用假设法判断，假设重力计或者不计，结合题给条件得出的结 论若与题意相符则假设正确，否则假设错误． 二、带电粒子在复合场中运动的实例 1．质谱仪： (1)用途：测量带电粒子的质量和分析同位素． (2)原理：如图 9-3-1 所示，先用电场加速，再进入磁场偏 转．利用电场加速(无初速度释放)： 图 9-3-1 2．回旋加速器： 图 9-3-2 (1)用途：产生大量高能量带电粒子． (2)原理：如图 9-3-2 所示，电场用来 对粒子加速，磁场用来使粒子回旋从而能反复加速；回旋加速 器中所加交变电压的频率 f 与带电粒子做匀速圆周运动的频率 3．速度选择器(如图 9-3-3 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 ＝qvB，即 v＝____，与粒子的电性、电荷量和质量无关． 图 9-3-3 E B 4．磁流体发电机： 正 (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 9-3-4 所示的 B 板是发电机___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， 磁场磁感应强度为 B，则两极板间能达到的最大电势差 U＝Blv. 图 9-3-4 5．电磁流量计： 电磁流量计的构造和原理：如图 9-3-5 所示，一圆形(也可 是其他形状)导管的直径为 d，用非磁性材料制成，其中有可以 导电的液体在管内流动，导电液体中的自由电荷(正、负离子) 在洛伦兹力作用下发生偏转，使 a、b 间出现电势差．当自由电 荷所受到的电场力与洛伦兹力平衡时，a、b 间的电势差就保持 稳定． 图 9-3-5 6．霍尔效应： 在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，磁感应强度 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 出现了电场，这个现象称为霍尔效应．所产生的电势差称为霍 尔电势差，其原理如图 9-3-6 所示． 图 9-3-6 在场强为 E 的匀强电场中 在磁感应强度为 B 的匀强磁场中 初速度为零 做初速度为零的匀加速直线运动 保持静止 初速度垂直场线 做匀变速曲线运动(类平抛运动) 做匀速圆周运动 初速度平行场线 做匀变速直线运动 做匀速直线运动 特点 受恒力作用，做匀变速运动 洛伦兹力不做 功，动能不变 》》》考点1 带电粒子在分离场中的运动 ⊙重点归纳 1．在匀强电场、匀强磁场中可能的运动性质： 2.“电偏转”和“磁偏转”的比较： 电偏转 磁偏转 做功情况 电场力即改变速度方向， 也改变速度大小，对电荷 做功 洛伦兹力只改变速度方 向，不改变速度大小，对 电荷永不做功 物理图象 （续表） ⊙典例剖析 例1：(2011年全国卷)如图 9-3-7 所示，与水平面成 45° 角的平面 MN 将空间分成Ⅰ和Ⅱ两个区域．一质量为 m、电荷 量为 q(q＞0)的粒子以速度 v0 从平面 MN 上的点 P0 水平向右射 入Ⅰ区．粒子在Ⅰ区运动时，只受到大小不变、方向竖直向下 的电场作用，电场强度大小为 E；在Ⅱ区 运动时，只受到匀强磁场的作用，磁感应 强度大小为 B，方向垂直于纸面向里．求 粒子首次从Ⅱ区离开时到出发点 P0 的距离． 粒子的重力可以忽略． 图 9-3-7 思维点拨：粒子在Ⅰ区做类平抛运动，用类平抛运动方程 可解出再次到达MN 时速度的大小和方向，以及位移量