《带电粒子在复合场中的运动》VIP专享VIP免费

第6课时带电粒子在复合场中的运动[高考要求]本部分知识属于高考中的Ⅱ级要求．带电粒子在复合场中的运动问题是电磁学知识和力学知识的综合，基本分析方法与力学问题相同，分析物体的受力情况是正确解题的前提．[知识回顾]1．复合场是指磁场、电场和重力场并存或其中某两种并存、或分区域存在，本节课讨论的复合场问题中，磁场一定存在．研究带电粒子在复合场中的运动问题，一般要考虑其所受的力、力或力的作用．什么情况下可以不考虑带电粒子的重力？2．带电粒子在复合场中受力与运动形式的对应关系：(1)粒子在复合场中静止或做匀速直线运动，则粒子的受力情况是．(2)粒子在复合场中做匀速圆周运动，则粒子的受力情况是，由力提供其向心力．(3)带电粒子在由匀强磁场、匀强电场和重力场形成的复合场中运动，若不受其他力的作用，能做匀变速直线运动吗？为什么？3．提醒：洛伦兹力一定不会做功，但重力、电场力可能做功，从而引起带电粒子能量的变化．[典例探讨]类型一、带电粒子在不重叠的复合场中的运动【例1】(98年全国)如图所示，在x轴上方有垂直于xOy平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B；在x轴下方有沿y轴负方向的匀强电场，场强为E．一质量为m、电荷量为－q的粒子从坐标原点O沿着y轴正方向射出，射出之后，第三次到达x轴时，它与O点的距离为L．求此粒子射出时的速度v和运动的总路程s．（不计重力）【练1】(04年全国卷Ⅲ)如图所示，在y>0的空间存在匀强电场，场强沿y轴负方向；在y<0的空间中，存在匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面(纸面)向外．电荷量为q、质量为m的带正电的运动粒子，经过y轴上y=h处的点P1的速率为v0，方向沿x轴正方向；然后经过x轴上x=2h处的P2点进入磁场，并经过y轴下y=-2h处的P3点．不计粒子所受重力．求：(1)电场强度的大小；(2)粒子到达P2时速度的大小和方向；(3)磁感应强度的大小．解后反思：类型二、带电粒子在重叠的复合场中的运动（一）电场与磁场的复合——速度选择器模型【例2】如图所示，a、b是位于真空中的平行金属板，a板带正电，b板带负电，两板间的电场为匀强电场，场强为E．同时在两板之间的空间中加匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度为B．一束电子以大小为v0的速度从左边S处沿图中虚线方向入射，虚线平行于两板．要想使电子在两板之间能沿虚线运动，则v0、E、B之间的关系应该是()A．v0=E/BB．v0=B/EC．D．解后反思：【练2】目前世界上正在研究新型发电机——磁流体发电机，它的原理如图所示．设想在相距为d的两平行金属板间有磁感应强度为B的匀强磁场，两板通过开关与灯泡．将气体加热到使之高度电离后，由于正负离子一样多，且带电荷量均为q，因而称为等离子体，将其以速度v喷入甲、乙两板之间，这时甲、乙两板就会聚集电荷，产生电压，这就是磁流体发电机的原理，它可以直接把内能转化为电能．试问：(1)图中哪个极板是发电机的正极？(2)发动机的电动势是多大？【练3】为监测某化工厂的污水(导电液体)排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的电磁流量计．该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口．在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极．污水充满管口从左向右流经该装置时，理想电压表针显示两个电极间的电压U．若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是()A．前表面电极电势比后表面电极电势高B．后表面电极电势比前表面电极电势高C．电压表的示数U与污水中离子浓度成正比D．污水流量Q与电压表的示数U成正比，与a、b无关yxvOBE++++----abS电离气体甲乙QabcByxP1OBEP2P3（二）重力场、电场和磁场的复合【例3】如图所示，套在很长的绝缘直棒上的小球，质量为1.0×10-4kg，带4.0×l0-4C正电，小球在棒上可以滑动，将此棒竖直放在互相垂直且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中，匀强电场的电场强度E=10N/C，方向水平向右，匀强磁场的磁感应强度B=0.5T，方向为垂直纸面向外，小球与棒间动摩擦因数为μ=0.2，求小球由静止沿棒竖直下落的最大加速度和最大速度．(设小球在运动过程中所带电量保持不变，g取10m/s2)【练...