高三物理总复习专题讲座复合场教材.doc

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PAGE  PAGE 12 第一讲:带电粒子在复合场中的运动 高考导航 “场”是现代物理的重要支柱,场是一种特殊的物质。电磁学知识是以“场”为基础的。电场对运动电荷的作用力与电荷的运动状态无关,磁场对运动电荷才有作用力。静止的电荷只产生电场,而运动的电荷除产生电场外还产生磁场。变化的电场能产生磁场,变化的磁场能产生电场,变化的电场和变化的磁场交替产生,由发生区域向外传播形成电磁波。 本讲内容概念多,题目综合性强,尤其是带电体在复合场中的运动问题,这里讲的复合场指电场、磁场和重力场并存,或其中某两种场并存,或分区域存在。当带电体所受合外力为零时,将处于静止或匀速直线运动状态;当带电体作匀速圆周运动时,洛仑兹力作向心力,其余各力的合力必为零;当带电体受合力大小与方向均变化时,将作非匀变速曲线运动。本讲中不少知识在实际生产、生活中有广泛的应用,如速度选择器、磁流体发电机、粒子加速器等。解决带电体在复合场中的运动问题的基本思路是:正确的受力分析,其次是场力(是否考虑重力,要视具体情况而定)弹力摩擦力;正确分析物体的运动状态,找出物体的速度、位置及其变化特点,如出现临界状态,要分析临界条件。要恰当地灵活地运用动力学的三大方法解决问题。 基础知识 一、带电粒子 通常指电子、质子、氚核和α粒子等微观粒子,一般可不计重力. 二、复合场 1、复合场是指电场、磁场、重力场并存,或其中某两种场并存的场. 2、带电粒子在这些复合场中运动时,必须同时考虑电场力、洛伦兹力和重力的作用或其中某两种力的作用,因此对粒子的运动形式的分析就显得极为重要. 三、带电粒子在复合场中的运动性质 1、当带电粒子在复合场中所受的合外力为0时,粒子将做匀速直线运动或静止. 2、当带电粒子所受的合外力与运动方向在同一条直线上时,粒子将做变速直线运动. 3、当带电粒子所受的合外力充当向心力时,粒子将做匀速圆周运动. 4、.当带电粒子所受的合外力的大小、方向均是不断变化的,则粒子将做变加速运动,这类问题一般只能用能量关系处理. 规???方法 处理带电粒子在电场和磁场中运动问题的基本方法. 1、带电粒子在匀强电场和匀强磁场共存区域内运动时,往往既要受到电场力作用,又要受到洛仑兹力作用.这两个力的特点是,电场力是恒力,而洛仑兹力的大小、方向随速度变化.若二力平衡,则粒子做匀速直线运动.若二力不平衡,则带电粒子所受合外力不可能为恒力,因此带电粒子将做复杂曲线运动. 2、解决粒子做复杂曲线运动问题时,必须用动能定理或能量关系处理.这里要抓住场力做功和能量变化的特点,即电场力做功与电势能变化的特点,以及洛仑兹力永远不做功. 3、若匀强电场和匀强磁场是分开的独立的区域,则带电粒子在其中运动时,分别遵守在电场和磁场中运动规律运动,处理这类问题时要注意分阶段求解. 【例1】空间存在相互垂直的匀强电场E和匀强磁场B,其方向如图所示.一带电粒子+q以初速度v0垂直于电场和磁场射入,则粒子在场中的运动情况可能是 A.沿初速度方向做匀速运动 B.在纸平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动 C.在纸平面内做轨迹向下弯曲的匀变速曲线运动 D.初始一段在纸平面内做轨迹向上(或向下)弯曲的非匀变速曲线运动 分析与解:粒子在场中要受到电场力和洛仑兹力作用.其中电场力为方向竖直向下的恒力;洛仑兹力方向与速度方向垂直且在垂直磁场的纸面内,初态时其方向为竖直向上,随速度大小和方向的变化,洛仑兹力也发生变化. 若初态时,电场力和洛仑兹力相等,即qE=Bqv0,则粒子所受合外力为零,粒子做匀速运动. 若初态时,电场力和洛仑兹力不相等,则粒子所受合外力不为零,方向与初速度方向垂直(竖直向上或竖直向下),粒子必作曲线运动.比如粒子向下偏转,其速度方向变化,所受洛仑兹力方向改变;同时电场力做正功,粒子动能增加,速度增大,洛仑兹力大小也变化.此时粒子所受合外力大小、方向均变化,则粒子所做曲线运动为非匀变速曲线运动.故选项A、D正确. 【例2】如图所示为一电磁流量计的示意图,截面为正方形的非磁性管,其边长为d,内有导电液体流动,在垂直液体流动方向加一指向纸里的匀强磁场,磁感应强度为B.现测得液体a、b两点间的电势差为U,求管内导电液体的流量Q为多少? 分析:流量是指单位时间内流过某一横截面的液体的体积.导电液体是指液体内含有正、负离子.在匀强磁场中,导电液体内的正、负离子在洛仑兹力作用下分别向下、上偏转,使管中上部聚积负电荷,下部聚积正电荷.从而在管内建立起一个方向向上的匀强电场,其场强随聚积电荷的增高而加强.后面流入的离子同时受到方向相反的洛仑兹力和电场力作用.当电场增强到使离子所受二力平衡时,此后的离子不再偏移,管上、下聚积电荷不再增加a、b两点电势差达到稳定值U,可以计算出流量Q. 解:设液体中离子的带电量为q,

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