《2020高考物理知識(shí)要點(diǎn)總結(jié) 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場及在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及應(yīng)用教案》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020高考物理知識(shí)要點(diǎn)總結(jié) 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場及在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及應(yīng)用教案（4頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、磁 場帶電粒子在勻強(qiáng)磁場及在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及應(yīng)用
知識(shí)要點(diǎn)：
1、帶電體在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的基本分析:
這里所講的復(fù)合場指電場、磁場和重力場并存, 或其中某兩場并存, 或分區(qū)域存在, 帶電體連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí), 一般須同時(shí)考慮電場力、洛侖茲力和重力的作用。
在不計(jì)粒子所受的重力的情況下，帶電粒子只受電場和洛侖茲力的作用，粒子所受的合外力就是這兩種力的合力，其運(yùn)動(dòng)加速度遵從牛頓第二定律。在相互垂直的勻強(qiáng)電場與勻強(qiáng)磁場構(gòu)成的復(fù)合場中，如果粒子所受的電場力與洛侖茲力平衡，粒子將做勻速直線運(yùn)動(dòng)；如果所受的電場力與洛侖茲力不平衡，粒子將做一般曲線運(yùn)動(dòng)，而不可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，也不可能做與拋體運(yùn)動(dòng)類
2、似的運(yùn)動(dòng)。在相互垂直的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的平面電場與勻強(qiáng)磁場垂直的復(fù)合場中，帶電粒子有可能繞場電荷做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。
無論帶電粒子在復(fù)合場中如何運(yùn)動(dòng)，由于只有電場力對帶電粒子做功，帶電粒子的電勢能與動(dòng)能的總和是守恒的，用公式表示為
2、質(zhì)量較大的帶電微粒在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)
這里我們只研究垂直射入磁場的帶電微粒在垂直磁場的平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，并分幾種情況進(jìn)行討論。
（1）只受重力和洛侖茲力：此種情況下，要使微粒在垂直磁場的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，磁場方向必須是水平的。微粒所受的合外力就是重力與洛侖茲力的合力。在此合力作用下，微粒不可能再做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，也不可能做與拋體運(yùn)動(dòng)類似的運(yùn)動(dòng)。在合外力不等于零的情況下微
3、粒將做一般曲線運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)加速度遵從牛頓第二定律；在合外力等于零的情況下，微粒將做勻速直線運(yùn)動(dòng)。
無論微粒在垂直勻強(qiáng)磁場的平面內(nèi)如何運(yùn)動(dòng)，由于洛侖茲力不做功，只有重力做功，因此微粒的機(jī)械能守恒，即
（2）微粒受有重力、電場力和洛侖茲力：此種情況下。要使微粒在垂直磁場的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，勻強(qiáng)磁場若沿水平方向，則所加的勻強(qiáng)電場必須與磁場方向垂直。
在上述復(fù)合場中，帶電微粒受重力、電場力和洛侖茲力。這三種力的矢量和即是微粒所受的合外力，其運(yùn)動(dòng)加速度遵從牛頓第二定律。如果微粒所受的重力與電場力相抵消，微粒相當(dāng)于只受洛侖茲力，微粒將以洛侖茲力為向心力，以射入時(shí)的速率做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。若重力與電場力不相
4、抵，微粒不可能再做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，也不可能做與拋體運(yùn)動(dòng)類似的運(yùn)動(dòng)，而只能做一般曲線運(yùn)動(dòng)。如果微粒所受的合外力為零，即所受的三種力平衡，微粒將做勻速直線運(yùn)動(dòng)。
無論微粒在復(fù)合場中如何運(yùn)動(dòng)，洛侖茲力對微粒不做功。若只有重力對微粒做功，則微粒的機(jī)械能守恒；若只有電場力對微粒做功，則微粒的電勢能和動(dòng)能的總和守恒；若重力和電場力都對微粒做功，則微粒的電勢能與機(jī)械能的總和守恒，用公式表示為：
在上述復(fù)合場中，除重力外，如果微粒還受垂直磁場方向的其他機(jī)械力，微粒仍能沿著與磁場垂直的平面運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，應(yīng)用動(dòng)能定理及能的轉(zhuǎn)化和守恒定律來研究微粒的運(yùn)動(dòng)具有普遍的意義。只有當(dāng)帶電微粒在垂直磁場的平面內(nèi)做
5、勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，才能應(yīng)用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式來研究微粒的運(yùn)動(dòng)，這是一種極特殊的情況。為了防止研究的失誤，我們特別提請注意的是：
（1）牛頓第二定律所闡明的合力產(chǎn)生加速度的觀點(diǎn)仍是我們計(jì)算微粒加速度的依據(jù)。這里所說的合力是微粒所受的機(jī)械力、電場力和洛侖茲力的矢量和。尤其注意計(jì)算合力時(shí)不要排除洛侖茲力。
（2）由于洛侖茲力永不做功，在應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí)，合外力對微粒所做的功（或外力對微粒做的總功），只包括機(jī)械力的功和電場力的功。
（3）在應(yīng)用能的轉(zhuǎn)換和守恒定律時(shí)，分析參與轉(zhuǎn)化的能量形式時(shí)，不僅要考慮機(jī)械能和內(nèi)能，還要考慮電勢能。此種情況下，弄清能量的轉(zhuǎn)化過程是正確運(yùn)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的關(guān)
6、鍵。
3、解決與力學(xué)知識(shí)相聯(lián)系的帶電體綜合問題的基本思路:
正確的受力分析是前提: 除重力、彈力外, 要特別注意對電場力和磁場力的分析。正確分析物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是解決問題的關(guān)鍵: 找出物體的速度、位置及其變化的特點(diǎn), 分析運(yùn)動(dòng)過程, 如果出現(xiàn)臨界狀態(tài), 要分析臨界狀態(tài)。恰當(dāng)?shù)仂`活地運(yùn)用動(dòng)力學(xué)的三個(gè)基本方法解決問題是目的: 牛頓運(yùn)動(dòng)定律是物體受力與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的瞬時(shí)對應(yīng)關(guān)系, 而運(yùn)動(dòng)學(xué)公式只適用于勻變速直線運(yùn)動(dòng); 用動(dòng)量的觀點(diǎn)分析, 包括動(dòng)量定理與動(dòng)量守恒定律; 用能量的觀點(diǎn)分析, 包括動(dòng)能定理與能量守恒定律; 針對不同問題靈活地選用三大方法, 注意弄清各種規(guī)律的成立條件和適用范圍。
7、
4、帶電粒子垂直射入E和B正交的疊加場——速度選擇器原理(如圖)
粒子受力特點(diǎn)——電場力F與洛侖茲力f方向相反
粒子勻速通過速度選擇器的條件——帶電粒子從小孔S1水平射入, 勻速通過疊加場, 并從小孔S2水平射出, 從不同角度看有三種等效條件: 從力的角度——電場力與洛侖茲力平衡, 即qE = Bqv0; 從速度角度——v0的大小等于E與B的比值, 即; 從功的角度——電場力對粒子不做功, 即;
使粒子勻速通過選擇器的兩種途徑:
當(dāng)v0一定時(shí)——調(diào)節(jié)E和B的大小; 當(dāng)E和B一定時(shí)——調(diào)節(jié)加速電壓U的大小; 根據(jù)勻速運(yùn)動(dòng)的條件和功能關(guān)系, 有, 所以, 加速電壓應(yīng)為
。
如何保證F
8、和f的方向始終相反——將v0、E、B三者中任意兩個(gè)量的方向同時(shí)改變, 但不能同時(shí)改變?nèi)齻€(gè)或者其中任意一個(gè)的方向, 否則將破壞速度選擇器的功能。
兩個(gè)重要的功能關(guān)系——當(dāng)粒子進(jìn)入速度選擇器時(shí)速度, 粒子將因側(cè)移而不能通過選擇器。
如圖, 設(shè)在電場方向側(cè)移后粒子速度為v, 當(dāng)時(shí): 粒子向f方向側(cè)移, F做負(fù)功——粒子動(dòng)能減少, 電勢能增加, 有時(shí), 粒子向F方向側(cè)移, F做正功——粒子動(dòng)能增加, 電勢能減少, 有;
5、質(zhì)譜儀
質(zhì)譜儀主要用于分析同位素, 測定其質(zhì)量, 荷質(zhì)比和含量比, 如圖所示為一種常用的質(zhì)譜儀, 由離子源O、加速電場U、速度選擇器E、B1和偏轉(zhuǎn)磁場B2組成。
9、
同位素荷質(zhì)比和質(zhì)量的測定: 粒子通過加速電場, 根據(jù)功能關(guān)系, 有。粒子通過速度選擇器, 根據(jù)勻速運(yùn)動(dòng)的條件: 。若測出粒子在偏轉(zhuǎn)磁場的軌道直徑為d, 則, 所以同位素的荷質(zhì)比和質(zhì)量分別為。
6、磁流體發(fā)電機(jī)
工作原理: 磁流體發(fā)電機(jī)由燃燒室O、發(fā)電通道E和偏轉(zhuǎn)磁場B組成, 如圖所示。
在2500開以上的高溫下, 燃料與氧化劑在燃燒室混合、燃燒后, 電離為導(dǎo)電的正負(fù)離子, 即等離子體, 并以每秒幾百米的高速噴入磁場, 在洛侖茲力作用下, 正、負(fù)離子分別向上、下極板偏轉(zhuǎn), 兩極板因聚積正、負(fù)電荷而產(chǎn)生靜電場, 這時(shí), 等離子體同時(shí)受到方向相反的洛侖茲力f與電場力F的作用。
當(dāng)f > F時(shí), 離子繼續(xù)偏轉(zhuǎn), 兩極電勢差隨之增大; 當(dāng)f = F時(shí), 離子勻速穿過磁場, 兩極電勢差達(dá)到最大值, 即為電源電動(dòng)勢。
電動(dòng)勢的計(jì)算: 設(shè)兩極板間距為d, 根據(jù)兩極電勢差達(dá)到最大值的條件f = F, 即, 則磁流體發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢。
2020高考物理知識(shí)要點(diǎn)總結(jié) 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場及在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及應(yīng)用教案
