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1、专题三带电粒子在复专题三带电粒子在复合场中的运动合场中的运动第1页，共23页，编辑于2022年，星期三专题三专题三 带电粒子在带电粒子在复合场中的运动复合场中的运动高三物理第一轮复习第八部分高三物理第一轮复习第八部分第2页，共23页，编辑于2022年，星期三应用:一.回旋加速器360P168 例4 二.速度选择器第3页，共23页，编辑于2022年，星期三一、处理方法一、处理方法 受力分析，运动过程分析，运用规律列式解受力分析，运动过程分析，运用规律列式解题。题。二、注意二、注意 1、带电粒子受电场力、带电粒子受电场力FEq，与运动情况无，与运动情况无关；只有运动的带电粒子才可能受到洛仑兹力作关
2、；只有运动的带电粒子才可能受到洛仑兹力作用。用。2、洛仑兹力对粒子不做功，但电场力对粒子、洛仑兹力对粒子不做功，但电场力对粒子可能做功；可能做功；3、合外力是变力时，常利用动能定理或能量、合外力是变力时，常利用动能定理或能量守恒定律解题守恒定律解题第4页，共23页，编辑于2022年，星期三例、例、质量为质量为m m，正电量为，正电量为q q的小球串在一根倾的小球串在一根倾角为角为的绝缘长杆上，如图。球与杆之间的的绝缘长杆上，如图。球与杆之间的动摩擦因数为动摩擦因数为，整个装置置于纸面内，并，整个装置置于纸面内，并处在垂直纸面向外的磁感应强度为的匀强处在垂直纸面向外的磁感应强度为的匀强磁场中。求
3、小球从静止起沿杆下滑时的最大磁场中。求小球从静止起沿杆下滑时的最大加速度和最大速度。（设杆足够长）加速度和最大速度。（设杆足够长）第5页，共23页，编辑于2022年，星期三 开始球受摩擦力开始球受摩擦力开始球受摩擦力开始球受摩擦力f fmgcosmgcos，按题意，按题意，按题意，按题意，mgsin f mgsin f，故球加速下滑。于是出现了垂直杆子向上的洛仑兹力，它故球加速下滑。于是出现了垂直杆子向上的洛仑兹力，它故球加速下滑。于是出现了垂直杆子向上的洛仑兹力，它故球加速下滑。于是出现了垂直杆子向上的洛仑兹力，它使杆与球之间的正压力减小，摩擦力使杆与球之间的正压力减小，摩擦力使杆与球之间的
4、正压力减小，摩擦力使杆与球之间的正压力减小，摩擦力f f随着减小，加速度增随着减小，加速度增随着减小，加速度增随着减小，加速度增大。大。大。大。到处时，洛仑兹力已大到到处时，洛仑兹力已大到mgcos，因而球，因而球与杆间无挤压，摩擦力消失，此时加速度最大。与杆间无挤压，摩擦力消失，此时加速度最大。随着速度增大，继续变大，球与杆间正压力转随着速度增大，继续变大，球与杆间正压力转随着速度增大，继续变大，球与杆间正压力转随着速度增大，继续变大，球与杆间正压力转为垂直杆子向下，摩擦力再次出现使加速度减小，但速度为垂直杆子向下，摩擦力再次出现使加速度减小，但速度为垂直杆子向下，摩擦力再次出现使加速度减小
5、，但速度为垂直杆子向下，摩擦力再次出现使加速度减小，但速度仍增大。仍增大。仍增大。仍增大。到处时，摩擦力大到到处时，摩擦力大到到处时，摩擦力大到到处时，摩擦力大到 f f mgsinmgsin，小球加速度为，小球加速度为，小球加速度为，小球加速度为零。然后，球向下匀速滑动，球在处有最大收尾速度零。然后，球向下匀速滑动，球在处有最大收尾速度零。然后，球向下匀速滑动，球在处有最大收尾速度零。然后，球向下匀速滑动，球在处有最大收尾速度v vmm。第6页，共23页，编辑于2022年，星期三据此，在处，据此，在处，据此，在处，据此，在处，a ammmgsinmgsin在处，由在处，由fmgsin，得得（
6、qvqvmmmgcosmgcos）mgsinmgsin解得解得解得解得 v vmmgmg（sinsincoscos）q q 第7页，共23页，编辑于2022年，星期三带电微粒在电场带电微粒在电场.磁场与重力场的复合磁场与重力场的复合场中的运动场中的运动(1)(1)三场正交，带电微粒做匀速运动三场正交，带电微粒做匀速运动360P172 例2第8页，共23页，编辑于2022年，星期三w带电微粒在电场带电微粒在电场.磁场与重力场的复合场磁场与重力场的复合场中的运动中的运动w(2)电场力与重力平衡且与磁场垂直带电微粒电场力与重力平衡且与磁场垂直带电微粒做匀速圆周运动做匀速圆周运动第9页，共23页，编辑
7、于2022年，星期三1 1、如图所示，一带电的小球从、如图所示，一带电的小球从P点自由下落，点自由下落，P点距场区边界点距场区边界MN高为高为h，边界，边界MN下方有方向竖直向下、电场场强为下方有方向竖直向下、电场场强为E的匀强的匀强电场，同时还有匀强磁场，小球从边界上的电场，同时还有匀强磁场，小球从边界上的a点进入电场与磁场的点进入电场与磁场的复合场后，恰能作匀速圆周运动，并从边界上的复合场后，恰能作匀速圆周运动，并从边界上的b点穿出，已知点穿出，已知ab=L，求：（，求：（1）该匀强磁场的磁感强度）该匀强磁场的磁感强度B的大小和方向；（的大小和方向；（2）小球从）小球从P经经a至至b时，共
8、需时间为多少？时，共需时间为多少？第10页，共23页，编辑于2022年，星期三2、如图所示，在直角坐标系的第一、二象限内有垂直于纸面的、如图所示，在直角坐标系的第一、二象限内有垂直于纸面的匀强磁场，第三象限有沿匀强磁场，第三象限有沿y轴负方向的匀强电场；第四象限无电轴负方向的匀强电场；第四象限无电场和磁场。现有一质量为场和磁场。现有一质量为m、电荷量为、电荷量为q的粒子以速度的粒子以速度v0从从y轴上轴上的的M点沿点沿x轴负方向进入电场，不计粒子的重力，粒子经轴负方向进入电场，不计粒子的重力，粒子经x轴上的轴上的N点和点和P点最后又回到点最后又回到M点，设点，设OM=L,ON=2L.求：求：（
9、1）带电粒子的电性，电场强度）带电粒子的电性，电场强度E的大小；的大小；（2）带电粒子到达）带电粒子到达N点时的速度大小和方向；点时的速度大小和方向；（3）匀强磁场的磁感应强度的大小）匀强磁场的磁感应强度的大小和方向；和方向；（4）粒子从）粒子从M点进入电场，经点进入电场，经N、P点最后又回到点最后又回到M点所用的时间。点所用的时间。负电负电第11页，共23页，编辑于2022年，星期三MxPBBOyVNV0V0ROM第12页，共23页，编辑于2022年，星期三3、平行金属，板平行金属，板长长1.4m，两板相距，两板相距30cm，两板，两板间间匀匀强强磁磁场场的的B为为1.310-3T，两板，两
10、板间间所加所加电压电压随随时间变时间变化关系如化关系如33-1图图所示。当所示。当t=0时时，有一个，有一个a粒子从左粒子从左侧侧两板中央以两板中央以v=4103m/s的速度垂直于磁的速度垂直于磁场场方向射入，如方向射入，如图图所示。不所示。不计计a粒子的重力，求：粒子的重力，求：该该粒子能否穿粒子能否穿过过金属板金属板间间区域区域?若不能，打在何若不能，打在何处处?若能，若能，则则需多需多长时间长时间?(已知已知a粒子粒子电电量量q=3.210-19C，质质量量m=6.6410-27kg)1.56第13页，共23页，编辑于2022年，星期三解：在在t=0到到t=110-4秒时间内，两板间加有
11、电压，秒时间内，两板间加有电压，a粒子粒子受到电场力和洛仑兹力分别为：受到电场力和洛仑兹力分别为：F=qu/d=q1.56/0.3=5.2q 方向竖直向下方向竖直向下 f=qBv=q1.310-34103=5.2q 方向竖直向上方向竖直向上因因F=f，故做匀速直线运动，其位移为：，故做匀速直线运动，其位移为：S=vt=4103110-4=0.4米米在在t=110-4秒到秒到t=210-4秒时间内，两板间无电场，秒时间内，两板间无电场，a粒子在洛粒子在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动，其轨迹半径为：仑兹力作用下做匀速圆周运动，其轨迹半径为：r=mv/qB=(6.6410-274103)/(3.210
12、-191.3103)=6.3710-2米米d/4所以粒子不会与金属板相碰。所以粒子不会与金属板相碰。第14页，共23页，编辑于2022年，星期三而而a粒子做匀速圆周运动的周期为：粒子做匀速圆周运动的周期为：T=2m/qB =(23.146.6410-27)/(3.210-191.310-3)=1.010-4秒秒 则在不加电压的时间内，则在不加电压的时间内，a粒子恰好能在磁场中运动一粒子恰好能在磁场中运动一周。当两板间又加上第周。当两板间又加上第2个周期和第个周期和第3个周期的电压时，个周期的电压时，a粒粒子将重复上述的运动。故经子将重复上述的运动。故经13/4周期飞出板外周期飞出板外(t=6.
13、510-4秒秒)其运动轨迹如图所示。其运动轨迹如图所示。第15页，共23页，编辑于2022年，星期三三、几种常见的运动1.1.带电微粒在电场中的运动带电微粒在电场中的运动 (1)(1)加速加速 (2)(2)偏转偏转2.2.带电微粒在磁场中的运动带电微粒在磁场中的运动 (1)(1)匀速运动匀速运动 (2)(2)匀速圆周运动匀速圆周运动3.3.带电微粒在电磁场中的运动带电微粒在电磁场中的运动 (1)(1)电场与磁场垂直带电微粒做匀速直线运动电场与磁场垂直带电微粒做匀速直线运动 (2)(2)电场与磁场平行带电微粒做匀变速直线运动电场与磁场平行带电微粒做匀变速直线运动4.4.带电微粒在电场带电微粒在电
14、场.磁场与重力场的复合场中的运动磁场与重力场的复合场中的运动(1)(1)三场正交带电微粒做匀速运动三场正交带电微粒做匀速运动(2)(2)电场与磁场平行与重力场成角度带电微粒做匀速运动电场与磁场平行与重力场成角度带电微粒做匀速运动(3)(3)电场力与重力平衡且与磁场垂直带电微粒做匀速圆周运动电场力与重力平衡且与磁场垂直带电微粒做匀速圆周运动第16页，共23页，编辑于2022年，星期三1.1.带电微粒在电场中的运动带电微粒在电场中的运动 (1)(1)加速加速 (2)(2)偏转偏转第17页，共23页，编辑于2022年，星期三2.2.带电微粒在磁场中的运动带电微粒在磁场中的运动 (1)(1)匀速运动匀
15、速运动 (2)(2)匀速圆周运动匀速圆周运动第18页，共23页，编辑于2022年，星期三带电微粒在电磁场中的运动带电微粒在电磁场中的运动 (1)(1)电场与磁场垂直，带电微粒做匀速直线电场与磁场垂直，带电微粒做匀速直线运动运动 (2)(2)电场与磁场平行，带电微粒做匀变速直线电场与磁场平行，带电微粒做匀变速直线运动运动BEqE=ma第19页，共23页，编辑于2022年，星期三(2)(2)电场与磁场平行且与重力场成角度，带电电场与磁场平行且与重力场成角度，带电微粒做匀速运动微粒做匀速运动第20页，共23页，编辑于2022年，星期三例例、如如图图所所示示，在在oxyz坐坐标标系系所所在在的的空空间
16、间中中，可可能能存存在在匀匀强强电电场场或或匀匀强强磁磁场场，也也可可能能两两者者都都存存在在或或都都不不存存在在。但但如如果果两两者者都都存存在在，已已知知磁磁场场平平行行xy平平面面。现现有有一一质质量量为为m带带正正电电q的的点点电电荷荷沿沿z轴轴正正方方向向射射入入此此空空间间中中，发发现现它它做做速速度度为为v0的的匀匀速速直直线线运运动动。若若不不计计重重力力，试试写写出出电电场场和和磁磁场场的的分分布布有有哪哪几几种种可可能能性性。要要求求对对每每一一种种可可能能性性，都都要要说说出出其其中中电电场场强强度度、磁磁感感强强度度的的方方向向和和大大小小，以以及及它它们们之之间间可可
17、能能存存在在的的关关系系。不不要要求求推导或说明理由。推导或说明理由。xyozz第21页，共23页，编辑于2022年，星期三以以E和和B分别表示电场强度和磁感强度，有以下几种可能：分别表示电场强度和磁感强度，有以下几种可能：（1）E=0，B=0 （2）E=0，B0。B的的方方向向与与z轴轴的的正正方方向向平平行行或或反反平平行行。B的大小可任意。的大小可任意。（3）E0，B0。磁磁场场方方向向可可在在平平行行于于xy平平面面的的任任何何方方向。电场向。电场E 方向平行于方向平行于xy平面，并与平面，并与B的方向垂直。的方向垂直。当当迎迎着着z轴轴正正方方向向看看时时，由由B的的方方向向沿沿顺顺时时针针转转90后后就就是是E的方向，的方向，E和和B的大小可取满足关系式的大小可取满足关系式 的任何值。的任何值。第22页，共23页，编辑于2022年，星期三名师P199 变式训练4第23页，共23页，编辑于2022年，星期三