2022年高中物理 帶電粒子在勻強磁場中的運動(三)導(dǎo)學(xué)案新人教版選修3-1

《2022年高中物理 帶電粒子在勻強磁場中的運動(三)導(dǎo)學(xué)案新人教版選修3-1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2022年高中物理 帶電粒子在勻強磁場中的運動(三)導(dǎo)學(xué)案新人教版選修3-1（4頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、2022年高中物理 帶電粒子在勻強磁場中的運動(三)導(dǎo)學(xué)案新人教版選修3-1 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1．掌握帶電粒子在復(fù)合場中運動的有關(guān)問題及基本方法。 2．解決帶電粒子在復(fù)合場中運動規(guī)律的實際應(yīng)用問題。 【學(xué)習(xí)重、難點】 建立帶電粒子在復(fù)合場中運動的物理情景并與解析幾何知識有機結(jié)合，將物理問題化歸為數(shù)學(xué)問題 【專題要點】 一、復(fù)合場 1．復(fù)合場是指電場、磁場、重力場并存，或其中某兩種場并存的場．帶電粒子在這些復(fù)合場中運動時，必須同時考慮電場力、洛侖茲力和重力的作用或其中某兩種力的作用，因此對粒子的運動形式的分析就顯得極為重要。 2．兩種模型 （1）組合場：即電場與磁場有明顯的

2、界線,帶電粒子分別在兩個區(qū)域內(nèi)做兩種不同的運動,即分段運動,該類問題運動過程較為復(fù)雜,但對于每一段運動又較為清晰易辨,往往這類問題的關(guān)鍵在于分段運動的連接點時的速度,具有承上啟下的作用． （2）復(fù)合場：即在同一區(qū)域內(nèi)同時有電場、磁場和重力場或其中某兩種場，些類問題看似簡單，受力不復(fù)雜，但仔細分析其運動往往比較難以把握。 二、帶電粒子在復(fù)合場電運動 1．當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中所受的合外力為0時，粒子將做勻速直線運動或靜止。 2．帶電微粒在三個場共同作用下做直線運動:重力和電場力是恒力，它們的合力也是恒力：當(dāng)帶電微粒的速度平行于磁場時，不受洛倫茲力，因此可能做勻速運動也可能做勻變速運動；當(dāng)帶

3、電微粒的速度垂直于磁場時，一定做勻速運動。 3．帶電微粒在三個場共同作用下做勻速圓周運動：必然是電場力和重力平衡，而洛倫茲力充當(dāng)向心力。 4．當(dāng)帶電粒子所受的合外力的大小、方向均是不斷變化的時，粒子將做變加速運動，這類問題一般只能用能量關(guān)系處理。 三、復(fù)合場中的特殊物理模型 1．速度選擇器 如圖所示，粒子經(jīng)加速電場后得到一定的速度v0，進入正交的電場和磁場，受到的電場力與洛侖茲力方向相反，若使粒子沿直線從右邊孔中出去，則有qv0B＝qE,v0=E/B，若v= v0=E/B，粒子做直線運動，與粒子電量、電性、質(zhì)量無關(guān) （1）若v＜E/B，電場力大，粒子向電場力方向偏，電場力

4、做正功，動能增加。 （2）若v＞E/B，洛侖茲力大，粒子向磁場力方向偏，電場力做負(fù)功，動能減少。 （3）回顧質(zhì)譜儀 2．磁流體發(fā)電機 如圖所示，正、負(fù)離子（等離子體）高速噴入偏轉(zhuǎn)磁場B中．在洛侖茲力作用下，正、負(fù)離子分別向上、下極板偏轉(zhuǎn)、積累，從而在板間形成一個向下的電場．兩板間形成一定的電勢差．當(dāng)qvB=qE,E=U/d時電勢差穩(wěn)定U＝dvB，這就相當(dāng)于一個可以對外供電的電源． 3．電磁流量計 如圖所示，一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體向左流動．導(dǎo)電液體中的自由電荷（正負(fù)離子）在洛侖茲力作用下縱向偏轉(zhuǎn)，a,b間出現(xiàn)電勢差．當(dāng)自由電荷所受電場力和洛侖茲力平

5、衡時，a、b間的電勢差就保持穩(wěn)定． 由Bqv=Eq,E=U/d，可得v=U/Bd．流量Q=Sv=πUd/4B 4．霍爾元件（霍爾效應(yīng)） （1）霍爾效應(yīng)：在勻強磁場中放置一矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)磁場方向和電流方向垂直時，導(dǎo)體在磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 I B （2）如圖所示，截面為矩形的金屬導(dǎo)體，在ｘ方向通以電流Ｉ，在y方向加磁場Ｂ，導(dǎo)體中自由電子逆著電流方向運動。由左手定則可以判斷，運動的電子在洛倫茲力作用下向上表面聚集，在導(dǎo)體的下表面就會出現(xiàn)多余的正 電荷，形成下表面電勢高，上表面電勢低的電勢差，導(dǎo) 體內(nèi)部出現(xiàn)電場，電場方

6、向由下表面指向上表面，以后 運的電子將同時受方向相反的洛倫茲力和電場力作用， 隨著表面電荷聚集，電場強度增加，電場力也增加， 最終會使運動的電子達到受力平衡而勻速運動，此時 導(dǎo)體上下兩表面間就出現(xiàn)穩(wěn)定的電勢差。由Bqv=Eq,E=U/d，可得B=U/vd （3）應(yīng)用：測磁感應(yīng)強度。 5．回旋加速器 基礎(chǔ)題（一看就懂，一做就會） 1.如圖所示，在xOy平面內(nèi)，勻強電場的方向沿x軸正向，勻強磁場的方向垂直于xOy平面向里．一電子在xOy平面內(nèi)運動時，速度方向保持不變．則電子的運動方向沿（ ） A．x軸正向 B．x軸負(fù)向 C．y軸正向 D．y軸負(fù)向 2.一個質(zhì)子穿

7、過某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則（ ） A．可能存在電場和磁場，它們的方向與質(zhì)子運動方向相同 B．此空間可能只有磁場，方向與質(zhì)子的運動方向平行 C．此空間可能只有磁場，方向與質(zhì)子的運動方向垂直 D．此空間可能有正交的電場和磁場，它們的方向均與質(zhì)子的運動方向垂直 3.在兩平行金屬板間有正交的勻強電場和勻強磁場，一個帶電粒子垂直于電場和磁場方向射入場中，射出時粒子的動能減少了，為了使粒子射出時動能增加，在不計重力的情況下，可采取的辦法是（ ） A.增大粒子射入時的速度 B.減小磁場的磁感應(yīng)強度 C.增大電場的電場強度 D.改變粒子的帶電性質(zhì)　 4.一帶正電的小

8、球沿光滑水平桌面向右運動，飛離桌面后進入勻強磁場，如圖所示，若飛行時間t1后落在地板上，水平射程為s1，著地速度大小為v1，撤去磁場，其他條件不變，小球飛行時間t2，水平射程s2，著地速度大小為v2，則（ ） A．s2＞s1 B．t1＞t2 C．v1＞v2 D．v1=v 5.如圖所示，有一電量為q，質(zhì)量為m的小球，從兩豎直的帶等量 異種電荷的平行板上方高h處自由下落，兩板間有勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里，那么帶電小球在通過正交電磁場時（ ） A．一定做曲線運動 B．不可能做曲線運動 C．可能做勻速直線運動 D．可能做勻加速直線運動 達

9、標(biāo)題（跳起來，摘下豐收果） 6.一種測量血管中血流速度的儀器原理如圖所示，在動脈血管的左右兩側(cè)加有勻強磁場，上下兩側(cè)安裝電極并連接電壓表。設(shè)血管的直徑是d，磁場的磁感強度為B，電壓表測出的電壓為U，則血流速度大小為多少？流量為多少？ 7.有一個未知的勻強磁場，用如下方法測其磁感應(yīng)強度，如圖所示，把一個橫截面是矩形的銅片放在磁場中，使它的上、下兩個表面與磁場平行，前、后兩個表面與磁場垂直．當(dāng)通入從左向右的電流 I 時，連接在上、下兩個表面上的電壓表示數(shù)為U．已知銅片中單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n，電子質(zhì)量m，帶電量為e，銅片厚度（前后兩個表面厚度）為d，高度（上、下兩個表面的距離）為h

10、，求磁場的磁感應(yīng)強度B． 8.在光滑絕緣水平面上，一輕繩拉著一個帶電小球繞豎直方向的軸O在勻強磁場中做逆時針方向的水平勻速圓周運動，磁場方向豎直向下，其俯視圖如圖所示，若小球運動到A點時，由于某種原因，繩子突然斷開，關(guān)于小球在繩斷開后可能的運動情況，以下說法正確的是（ ） A．小球仍做逆時針勻速圓周運動，半徑不變 B．小球仍做逆時針勻速圓周運動，但半徑減小 C．小球做順時針勻速圓周運動，半徑不變 D．小球做順時針勻速圓周運動，半徑減小 拓展題（勇往直前，試一試） 9．如圖所示絕緣直棒上的小球，其質(zhì)量為m、帶電荷量是＋q，小球可在棒上滑動．將此棒豎直

11、放在互相垂直且在水平方向的勻強電場和勻強磁場中，電場強度是E，磁感應(yīng)強度是B，小球與棒間的動摩擦因數(shù)為，求小球由靜止沿棒下滑的最大加速度和最大速度（小球帶電荷量不變） 10.質(zhì)量為m，帶電量為q的液滴以速度v沿與水平成45°角斜向上進入正交的勻強電場和勻強磁場疊加區(qū)域，電場強度方向水平向右，磁場方向垂直紙面向里，如圖所示．液滴帶正電荷，在重力、電場力及磁場力共同作用下在場區(qū)做勻速直線運動．試求： （1）電場強度E和磁感應(yīng)強度B各多大？ （2）當(dāng)液滴運動到某一點A時，電場方向突然變?yōu)樨Q直向上，大小不改變，不考慮因電場變化而產(chǎn)生的磁場的影響，此時液滴加速度多少？說明此后液滴的運動情況． 11. 如圖所示，在x軸上方有勻強電場，場強為E；在x軸下方有勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，方向如圖，在x軸上有一點M，離O點距離為L．現(xiàn)有一帶電量為十q的粒子，使其從靜止開始釋放后能經(jīng)過M點．如果把此粒子放在y軸上，其坐標(biāo)應(yīng)滿足什么關(guān)系？（重力忽略不計）