1、专题突破与题型专练 带电粒子在复合场中的运动,题型核心 探究,题型一:带电粒子在复合场中的运动实例分析 应用实例1:电磁流量计 (1)流量(Q)的定义:单位时间流过导管某一截面的导电液体的体积. (2)公式:Q=Sv,S为导管的截面积,v是导电液体的流速.,应用实例2:磁流体发电机(如图),(1)原理:等离子气体喷入磁场,正负离子在洛伦兹力的作用下发生偏转而聚集在A,B板上,产生电势差,它可以把离子的动能通过磁场转化为电能.,(2)电源正、负极判断:根据左手定则可判断出图中的B是发电机的正极.,(3)电源电动势U:设A,B平行金属板的面积为S,两极板间的距离为l,磁场磁感应强度为B,等离子气体
2、的电阻率为,喷入气体的速度为v,板外电阻为R.当正、负离子所受静电力和洛伦兹力平衡时,两极板间达到的最大电势差为U(即电源电动势),则q =qvB,即U=Blv.,(4)电源内阻:r= .,(5)回路电流:I= .,【例1】 (多选)为监测某化工厂的含有离子的污水排放情况,技术人员在排污管中安装了监测装置,该装置的核心部分是一个用绝缘材料制成的空腔,其宽和高分别为b和c,左、右两端开口与排污管相连,如图所示.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,在空腔前、后两个侧面上各有长为a的相互平行且正对的电极M和N,M,N与内阻为R的电流表相连.污水从左向右流经该装置时,电流表将显示出污
3、水排放情况.下列说法中正确的是( ) A.M板比N板电势低 B.污水中离子浓度越高,则电流表的示数越小 C.污水流量越大,则电流表的示数越大 D.若只增大所加磁场的磁感应强度,则电流表的示数也增大,答案:ACD,【针对训练1】 (多选)如图是磁流体发电机的装置,a,b组成一对平行电极,两板间距为d,板平面的面积为S,内有磁感应强度为B的匀强磁场.现持续将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量带正电和负电的微粒,而整体呈中性),垂直磁场喷入,每个离子的速度为v,负载电阻阻值为R,当发电机稳定发电时,负载中电流为I,则( ) A.a板电势比b板电势低 B.磁液体发电机的电动势E=Bdv C.负
4、载电阻两端的电压大小为Bdv D.两板间等离子体的电阻率=,BD,题型二:带电粒子在组合场中的运动 带电粒子在组合场中的运动问题的分析方法 (1)带电粒子依次通过不同场区时,因其受力情况随区域而变化,故其运动规律在不同区域也有所不同.,(2),(3)联系不同阶段的运动的物理量是速度,因此带电粒子在两场分界点上的速度是解决问题的关键.,【例2】 (2018邢台高二检测)在如图所示的坐标系中,y0的区域内存在着沿y轴正方向,电场强度为E的匀强电场,y0的区域内存在着垂直纸面向里的匀强磁场,一带负电粒子从y轴上的P(0,h)点以沿x轴正方向的初速度射出,通过x轴上的D(2h,0)点并恰好能回到P点.
5、已知带电粒子的质量为m,带电荷量为q,不计重力的影响,求: (1)粒子初速度的大小v0; (2)匀强磁场的磁感应强度大小B; (3)粒子从P点出发到第一次回到P点的时间t.,思维导图,对这类问题,首先要弄清带电粒子在各种场中单独运动的规律,特别是在磁场中运动的规律,如半径和圆心的确定,然后结合题目所给条件,研究粒子在边界上的运动情况,最后把几个分运动结合在一起.,方法总结,(1)粒子在磁场中运动速度的大小;,(2)匀强电场的电场强度大小;,(3)带电粒子再次回到y轴所用的时间.,题型三:带电粒子在叠加场中的运动 1.三种场力的特点 (1)重力的方向始终竖直向下,重力做功与路径无关,重力做的功等
6、于重力势能的减少量. (2)静电力的方向与电场方向相同或相反,静电力做功与路径无关,静电力做的功等于电势能的减少量. (3)洛伦兹力的大小和速度方向与磁场方向的夹角有关,方向始终垂直于速度v和磁感应强度B共同决定的平面.无论带电粒子做什么运动,洛伦兹力始终不做功.,2.带电粒子在叠加场中的运动规律及解决办法 (1)带电粒子在叠加场中处于静止或匀速直线运动状态时,带电粒子所受合力为零,应利用平衡条件列方程求解. (2)带电粒子做匀速圆周运动时,重力和静电力平衡,洛伦兹力提供向心力,应利用平衡方程和向心力公式求解. (3)当带电粒子在叠加场中做非匀变速曲线运动时,带电粒子所受洛伦兹力必不为零,且其
7、大小和方向不断变化,但洛伦兹力不做功,这类问题一般应用动能定理求解.,【例3】 (2018大连高二质检)质量为m,带电荷量为q的液滴以速度v沿与水平方向成45角斜向上进入正交的匀强电场和匀强磁场叠加区域,电场强度方向水平向右,磁场方向垂直纸面向里,如图所示.液滴带正电荷,在重力、静电力及磁场力共同作用下在场区做直线运动.重力加速度为g.试求: (1)电场强度E和磁感应强度B各多大?,思路探究 (1)液滴做直线运动满足的受力条件是什么?是否为匀速直线运动? 答案:(1)重力、静电力、洛伦兹力三力平衡,合力为零,且一定为匀速直线运动.,(2)当液滴运动到某一点A时,电场方向突然变为竖直向上,大小不
8、改变,不考虑因电场变化而产生的影响,求此后液滴做圆周运动的半径.,思路探究 (2)液滴做圆周运动的受力条件是什么? (2)重力、静电力等大反向,仅由洛伦兹力提供向心力做匀速圆周运动.,带电粒子(体)在叠加场中的运动问题求解要点 (1)受力分析是基础.在受力分析时是否考虑重力必须注意题目条件. (2)运动过程分析是关键.在运动过程分析中应注意物体做直线运动、曲线运动及圆周运动、类平抛运动的条件. (3)构建物理模型是难点,根据不同的运动过程及物理模型选择合适的物理规律列方程求解.,方法总结,【针对训练3】 一带电微粒在如图所示的正交匀强电场和匀强磁场中的竖直平面内做匀速圆周运动,求: (1)该带电微粒的电性; (2)该带电微粒的旋转方向;,解析:(1)带电微粒在重力场、匀强电场和匀强磁场中做匀速圆周运动,可知,带电微粒受到的重力和静电力是一对平衡力,重力竖直向下,所以静电力竖直向上,与电场方向相反,故可知带电微粒带负电荷. (2)磁场方向向外,洛伦兹力的方向始终指向圆心,由左手定则可判断微粒的旋转方向为逆时针方向(四指所指的方向与带负电的粒子的运动方向相反).,答案:(1)负电荷 (2)逆时针,(3)若已知圆的半径为r,电场强度的大小为E,磁感应强度的大小为B,重力加速度为g,则线速度为多少?,
