1、第3課時(shí)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),一、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1.復(fù)合場(chǎng)：電場(chǎng)、_、重力場(chǎng)共存，或其中某兩場(chǎng)共存。 2.帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的幾種情況 （1）當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中所受的合外力為零時(shí)，粒子將_或做_運(yùn)動(dòng)。 （2）當(dāng)帶電粒子所受的合外力與運(yùn)動(dòng)方向在同一條直線上時(shí)，粒子將做_運(yùn)動(dòng)。 （3）當(dāng)帶電粒子所受的合外力充當(dāng)向心力且大小不變時(shí)，粒子將做_。 （4）當(dāng)帶電粒子所受合外力大小與方向均變化時(shí)，粒子將做_曲線運(yùn)動(dòng)，這類問(wèn)題一般用能量關(guān)系來(lái)處理。,磁場(chǎng),靜止,勻速直線,直線,勻速圓周運(yùn)動(dòng),非勻變速,二、帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),（1）組合場(chǎng)：是指電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)有兩種場(chǎng)同時(shí)存在，但

2、各位于一定的區(qū)域內(nèi)且不重疊。 （2）對(duì)“組合場(chǎng)”問(wèn)題的處理方法：進(jìn)行分段處理，注意在兩種區(qū)域交界處的邊界問(wèn)題與運(yùn)動(dòng)的連接條件。,三、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)實(shí)例 1.速度選擇器（如圖所示）,垂直,電場(chǎng)力等于洛倫茲力,2.回旋加速器,電場(chǎng),磁場(chǎng),粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期,3.質(zhì)譜儀,比荷的平方根,【思考判斷】 1.在粒子速度選擇器中，只要電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互垂直就可以（ ） 2.利用質(zhì)譜儀可以測(cè)得帶電粒子的比荷（ ） 3.經(jīng)過(guò)回旋加速器加速的帶電粒子的最大動(dòng)能是由D形盒的最大半徑、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、加速電壓的大小共同決定的（ ）,考點(diǎn)一帶電粒子在組合場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)（/d）,要點(diǎn)突破 1.解決帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的一

3、般思路：,（1）明確組合場(chǎng)是由哪些場(chǎng)組合成的。 （2）判斷粒子經(jīng)過(guò)組合場(chǎng)時(shí)的受力和運(yùn)動(dòng)情況，并畫出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡簡(jiǎn)圖。 （3）具體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的思路方法如圖,2.區(qū)別“電偏轉(zhuǎn)”和“磁偏轉(zhuǎn)”,典例剖析 【例1】 （201510月浙江選考）如圖所示為水平放置的小型粒子加速器的原理示意圖，區(qū)域和存在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1和B2，長(zhǎng)L1.0 m的區(qū)域存在場(chǎng)強(qiáng)大小E5.0104 V/m、方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)。區(qū)域中間上方有一離子源S，水平向左發(fā)射動(dòng)能Ek04.0104 eV的氘核，氘核最終從區(qū)域下方的P點(diǎn)水平射出。S、P兩點(diǎn)間的高度差h0.10 m。,答案（1）2.241014 J（2）0.06

4、m（3）1.2 T,【例2】 如圖所示，平行板電容器兩金屬板A、B板長(zhǎng)L32 cm，兩板間距離d32 cm，A板的電勢(shì)比B板高。電荷量q1010 C、質(zhì)量m1020kg的帶正電的粒子，以初速度v02106 m/s沿電場(chǎng)中心線垂直電場(chǎng)線飛入電場(chǎng)。隨后，粒子在O點(diǎn)飛出平行板電容器（速度偏轉(zhuǎn)角為37），并進(jìn)入磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，且邊長(zhǎng)為CD24 cm的正方形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域。（sin 370.6，cos 370.8，粒子的重力不計(jì)）,（1）求A、B兩板的電勢(shì)差； （2）粒子穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域后打在放置于中心線上的熒光屏CD上，求磁感應(yīng)強(qiáng)度的范圍。,答案（1）300 V（2）1.7103 TB3.75103

5、T,（1）粒子初速度v0； （2）第四象限內(nèi)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的大?。?（3）粒子在第一、三象限內(nèi)運(yùn)行時(shí)間的比值t1：t3。,2.（2017金華模擬）如圖所示，半徑為R的半圓形區(qū)域內(nèi)分布著垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，半圓的左邊垂直x軸放置一粒子發(fā)射裝置，在RyR的區(qū)間內(nèi)各處均沿x軸正方向同時(shí)發(fā)射出一個(gè)帶正電粒子，粒子質(zhì)量均為m，電荷量均為q，粒子在發(fā)射裝置內(nèi)從靜止被電場(chǎng)加速至某速度，不計(jì)粒子間的相互作用，且粒子重力忽略不計(jì)，所有粒子均能穿過(guò)磁場(chǎng)到達(dá)y軸，且沿x軸射入的粒子剛好經(jīng)過(guò)y軸上yR位置，求,考點(diǎn)二帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（/d）,要點(diǎn)突破 1.弄清復(fù)合場(chǎng)的組成，如磁場(chǎng)

6、、電場(chǎng)的復(fù)合，磁場(chǎng)、重力場(chǎng)的復(fù)合，磁場(chǎng)、電場(chǎng)、重力場(chǎng)三者的復(fù)合等。 2.正確受力分析，除重力、彈力、摩擦力外要特別注意靜電力和磁場(chǎng)力的分析。 3.確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，注意運(yùn)動(dòng)情況和受力情況的結(jié)合。 4.對(duì)于粒子連續(xù)通過(guò)幾個(gè)不同區(qū)域、不同種類的場(chǎng)時(shí)，要分階段進(jìn)行處理。,5.畫出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。,（1）當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)受力平衡列方程求解。 （2）當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)用牛頓定律結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解。 （3）當(dāng)帶電粒子做復(fù)雜曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般用動(dòng)能定理或能量守恒定律求解。,6.對(duì)于臨界問(wèn)題，注意挖掘隱含條件。,典例剖析 【例1】 如

7、圖所示，已知一帶電小球在光滑絕緣的水平面上從靜止開始經(jīng)電壓U加速后，水平進(jìn)入互相垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)（場(chǎng)強(qiáng)為E）和勻強(qiáng)磁場(chǎng)（磁感應(yīng)強(qiáng)度為B）的復(fù)合場(chǎng)中，小球在此空間的豎直面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則（）,答案B,（1）判斷上極板所帶電荷的種類，并求兩極板間的電勢(shì)差； （2）求勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。,針對(duì)訓(xùn)練 1.（2017全國(guó)）如圖，空間某區(qū)域存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向上（與紙面平行），磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，三個(gè)帶正電的微粒a、b、c電荷量相等，質(zhì)量分別為ma、mb、mc，已知在該區(qū)域內(nèi)，a在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)。下列選項(xiàng)正確的

8、是（）,A.mambmc B.mbmamc C.mcmamb D.mcmbma,解析由題意知，三個(gè)帶電微粒受力情況：magqE，mbgqEBqv，mcgBqvqE，所以mbmamc，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。 答案B,2.如圖所示，在互相垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電荷量為q的液滴在豎直面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則液滴的質(zhì)量和環(huán)繞速度分別為（）,答案D,考點(diǎn)三帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用（/d）,要點(diǎn)突破 粒子速度選擇器、質(zhì)譜儀、回旋加速器等實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題要重視物理模型意識(shí)的培養(yǎng)，善于把握模型的本質(zhì)，理解原理，學(xué)會(huì)變通。,典例剖析 【例1】 1930年勞

9、倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器，其原理如圖所示。這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，半徑均為R，其間留有空隙，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，高頻交流電的電壓為U，下列說(shuō)法正確的是（）,A.粒子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器 B.粒子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器 C.粒子從磁場(chǎng)中獲得能量 D.粒子獲得的最大動(dòng)能由電壓U決定,答案A,【例2】 如圖所示，一塊長(zhǎng)度為a、寬度為b、厚度為d的金屬導(dǎo)體，當(dāng)加有與側(cè)面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，且通以圖示方向的電流I時(shí)，用電壓表測(cè)得導(dǎo)體上、下表面M、N間電壓為U，已知自由電子的電荷量為e。下列說(shuō)法中正確的是（）,答案D,針對(duì)訓(xùn)練 1.（2017舟山模擬）一質(zhì)

10、子以速度v穿過(guò)互相垂直的電場(chǎng)和磁場(chǎng)區(qū)域（如圖所示）而沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則（）,A.若電子以相同速度v射入該區(qū)域，將會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) B.無(wú)論何種帶電粒子（不計(jì)重力），只要以相同速度v射入都不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) C.若質(zhì)子的速度vv，它將向上偏轉(zhuǎn)而做類平拋運(yùn)動(dòng),答案B,2.（2017湖州模擬）質(zhì)譜儀是一種研究帶電粒子的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖所示。粒子源S產(chǎn)生的帶正電的粒子首先經(jīng)M、N兩帶電金屬板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)加速，然后沿直線從縫隙O垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中經(jīng)過(guò)半個(gè)圓周打在照相底片上的P點(diǎn)。已知M、N兩板間的距離為d，電場(chǎng)強(qiáng)度為E。設(shè)帶正電的粒子進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度、所受重力及粒子間的相互

11、作用均可忽略。,（1）若粒子源產(chǎn)生的帶正電的粒子質(zhì)量為m、電荷量為q，求這些帶電粒子離開電場(chǎng)時(shí)的速度大?。?（2）若粒子源產(chǎn)生的帶正電的粒子質(zhì)量為m、電荷量為q，其打在照相底片上的P點(diǎn)與縫隙O的距離為y，請(qǐng)推導(dǎo)y與m的關(guān)系式； （3）若粒子源S產(chǎn)生的帶正電的粒子電荷量相同而質(zhì)量不同，這些帶電粒子經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速和磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后，將打在照相底片上的不同點(diǎn)?，F(xiàn)要使這些點(diǎn)的間距盡量大一些，請(qǐng)寫出至少兩項(xiàng)可行的措施。,1.在如圖所示的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)共存的區(qū)域內(nèi)（不計(jì)重力），電子可能沿水平方向向右做直線運(yùn)動(dòng)的是（）,解析若電子水平向右運(yùn)動(dòng)，在A圖中電場(chǎng)力水平向左，洛倫茲力豎直向下，故不可能；在B圖中，電場(chǎng)力

12、水平向左，洛倫茲力為零，故電子可能水平向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng)；在C圖中電場(chǎng)力豎直向下，洛倫茲力豎直向下，電子不可能向右做直線運(yùn)動(dòng)；在D圖中電場(chǎng)力豎直向上，洛倫茲力豎直向上，故電子不可能做水平向右的直線運(yùn)動(dòng)，因此只有選項(xiàng)B正確。 答案B,2.設(shè)空間存在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖所示，已知一離子在電場(chǎng)力和洛倫茲力的作用下，從靜止開始自A點(diǎn)沿曲線ACB運(yùn)動(dòng)，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度為零，C點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn)，忽略重力，以下說(shuō)法正確的是（）,A.該離子帶負(fù)電荷 B.A點(diǎn)和B點(diǎn)位于不同高度 C.離子在C點(diǎn)時(shí)速度最大 D.離子到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，將沿原曲線返回A點(diǎn),解析因?yàn)殡x子由A運(yùn)動(dòng)到了B，由運(yùn)動(dòng)軌跡可

13、判斷離子帶正電，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度為零，說(shuō)明電場(chǎng)力做功為零，所以A點(diǎn)和B點(diǎn)位于同一等勢(shì)面上，即同一高度，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由于洛倫茲力不做功，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，到C點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力做功最多，因此離子在C點(diǎn)時(shí)速度最大，選項(xiàng)C正確；在B點(diǎn)對(duì)離子受力分析可知，離子將向右重復(fù)曲線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案C,3.（2016全國(guó)）現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來(lái)分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定。質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場(chǎng)加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場(chǎng)。若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場(chǎng)加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場(chǎng)，需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來(lái)的12倍。此離子和

14、質(zhì)子的質(zhì)量比約為（）,A.11 B.12 C.121 D.144,答案D,4.如圖，在豎直平面內(nèi)建立直角坐標(biāo)系xOy，其第一象限存在著正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度的方向水平向右，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里。一帶電荷量為q、質(zhì)量為m的微粒從原點(diǎn)出發(fā)沿與x軸正方向的夾角為45的初速度進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)中，正好做直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)微粒運(yùn)動(dòng)到A（l，l）時(shí)，電場(chǎng)方向突然變?yōu)樨Q直向上（不計(jì)電場(chǎng)變化的時(shí)間），粒子繼續(xù)運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，正好垂直于y軸穿出復(fù)合場(chǎng)。不計(jì)一切阻力，求：,（1）電場(chǎng)強(qiáng)度E的大??； （2）磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小； （3）粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。,解析（1）微粒到達(dá)A（l，l）之前做勻速直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)微粒受力分析如圖甲：,5.如圖所示，靜止于A處的離子，經(jīng)電壓為U的加速電場(chǎng)加速后沿圖中圓弧虛線通過(guò)靜電分析器