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带电粒子在复合场中的运动高中物理专题含解析

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常见问题

1、带电粒子在复合场中的运动目标：1. 掌握带电粒子在电场、磁场中运动的特点2. 理解复合场、组合场对带电粒子受力的分析。重难点：重点：带电粒子在电场、磁场中运动的特点；带电粒子在复合场中受力分析难点：带电粒子在复合场中运动受力与运动结合。知识：知识点1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，或相邻或在同一区域电场、磁场交替出现2带电粒子在复合场中的运动形式(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)较复杂的曲线运动：当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一直线上，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线易错判断(1)带电粒子在复合场中不可能处于静止状态()(2)带电粒子在复合场中可能做匀速圆周运动()(3)带电粒子在复合场中一定能做匀变速直线运动

2、()知识点2带电粒子在复合场中的运动实例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：粒子由静止被加速电场加速，qUmv2. 粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvBm. 由以上两式可得r， m， .2回旋加速器(1)构造：如图所示，D1、D2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qvB，得Ekm，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径r决定，与加速电压无关3速度选择器(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(如图所示)(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qEqvB，即vE/B.4磁流体发电机(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，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，磁场的磁感应强度为B，则由qEqU/LqvB得两极板间能达到的最大电势差UBLv.易错判断(1)电荷在速度选择器中做匀

3、速直线运动的速度与电荷的电性有关()(2)不同比荷的粒子在质谱仪磁场中做匀速圆周运动的半径不同()(3)粒子在回旋加速器中做圆周运动的半径、周期都随粒子速度的增大而增大()题型分类：题型一带电粒子在组合场中的运动题型分析：1带电粒子在匀强电场、匀强磁场中可能的运动性质在电场强度为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2.“电偏转”和“磁偏转”的比较垂直进入匀强磁场(磁偏转)垂直进入匀强电场(电偏转)情景图受力FBqv0B，大小不变，方向总指向圆心，方向变化，FB为变力FEqE，FE大小、方向不变，为恒力运动规律匀速圆周运动r，T类平抛运动vxv0，vytxv0t，yt2运动时间tTt，具有等时性动能不变变化电场中：加速直线运动磁场中：匀速圆周运动电场中：类平抛运动磁场中：匀速圆周运动磁场中：匀速圆周运动电场中：匀变速直线运动磁场中：匀速圆周运动电场中：类平抛运动3.常见模型 (1)从

4、电场进入磁场 (2)从磁场进入电场考向1先电场后磁场【例1】(2018哈尔滨模拟)如图所示，将某正粒子放射源置于原点O，其向各个方向射出的粒子速度大小均为v0，质量均为m、电荷量均为q；在0yd的一、二象限范围内分布着一个匀强电场，方向与y轴正向相同，在dmbmcBmbmamcCmcmamb DmcmbmaB设三个微粒的电荷量均为q，a在纸面内做匀速圆周运动，说明洛伦兹力提供向心力，重力与电场力平衡，即magqEb在纸面内向右做匀速直线运动，三力平衡，则mbgqEqvBc在纸面内向左做匀速直线运动，三力平衡，则mcgqvBqE比较式得：mbmamc，选项B正确考向3复合场中的动量、能量综合问题【例5】(2018南昌模拟)如图所示，带负电的金属小球A质量为mA0.2 kg，电量为q0.1 C，小球B是绝缘体不带电，质量为mB2 kg，静止在水平放置的绝缘桌子边缘，桌面离地面的高h0.05 m，桌子置于电、磁场同时存在的空间中，匀强磁场的磁感应强度B2.5 T，方向沿水平方向且垂直纸面向里，匀强电场电场强度E10 N/C，方向沿水平方向向左且与磁场方向垂直，小球A与桌面间的动摩擦因数为0.4，A以某一速度沿桌面做匀速直线运动，并与B球发生正碰，设碰撞时间极短，B碰后落地的水平位移为0.03 m，g取10 m/s2，求：(1)碰前A球的速度？(2)碰后A球的速度？(3)若碰后电场方向反向(桌面足够长)，小球A在碰撞结束后，到刚离开桌面运动的整个过程中，合力对A球所做的功. 答案(1)2 m/s(2)1 m/s，方向与原速度方向相反(3)6.3 J【例5-2】 (1)上题中，A与B的碰撞是弹性碰撞吗？为什么？ (2)在第(3)问中，根据现有知识和条件，能否求出电场力对A球做

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