高中物理习题课六带电粒子在复合场中的运动省公开课一等奖新名师优质课获奖PPT课件
习题课六带电粒子在复合场中运动习题课六带电粒子在复合场中运动 1/26课堂探究课堂探究达标测评达标测评2/26课堂探究课堂探究 关键导学关键导学关键点探关键点探究究一、带电粒子在叠加场中运动一、带电粒子在叠加场中运动1.1.直线运动直线运动:依据洛伦兹力特点可判断依据洛伦兹力特点可判断,自由带电粒子自由带电粒子(无轨道约束无轨道约束)在电在电磁叠加场中做直线运动应是匀速直线运动磁叠加场中做直线运动应是匀速直线运动,除非运动方向沿匀强磁场方除非运动方向沿匀强磁场方向而粒子不受洛伦兹力向而粒子不受洛伦兹力.2.2.匀速圆周运动匀速圆周运动:条件是带电粒子所受重力与电场力平衡条件是带电粒子所受重力与电场力平衡,协力等于洛伦协力等于洛伦兹力兹力.带电粒子在与磁场垂直平面内做匀速圆周运动带电粒子在与磁场垂直平面内做匀速圆周运动,常应用牛顿第二定常应用牛顿第二定律和平衡条件列方程联立求解律和平衡条件列方程联立求解.3.3.较复杂曲线运动较复杂曲线运动:当带电粒子所受合外力大小和方向均改变当带电粒子所受合外力大小和方向均改变,且与初速且与初速度方向不在同一条直线上度方向不在同一条直线上,粒子做非匀变速曲线运动粒子做非匀变速曲线运动,这时粒子运动轨迹这时粒子运动轨迹既不是圆弧既不是圆弧,也不是抛物线也不是抛物线,这类问题普通只能用能量关系处理这类问题普通只能用能量关系处理.3/26【例例1 1】(上饶高二质检上饶高二质检)如如图图所表示所表示,在在竖竖直平面内建立直角坐直平面内建立直角坐标标系系xOy,xOy,其第一象限存在着正交匀其第一象限存在着正交匀强强电场电场和匀和匀强强磁磁场场,电场电场强强度方向水平向右度方向水平向右,磁感磁感应应强强度方向垂直度方向垂直纸纸面向里面向里,一一带电带电荷量荷量为为+q,+q,质质量量为为m m微粒从原点出微粒从原点出发发沿与沿与x x轴轴正方向正方向夹夹角角为为4545初速度初速度进进入复合入复合场场中中,恰好做直恰好做直线线运运动动,当微粒运当微粒运动动到到A(l,l)A(l,l)点点时时,电场电场方向突然方向突然变为竖变为竖直向上直向上(不不计电场计电场改改变时间变时间),),微粒微粒继续继续运运动动一段一段时间时间后后,恰好垂直于恰好垂直于y y轴轴穿出复合穿出复合场场.(.(不不计计一切阻力一切阻力),),求求:4/26(1)(1)电场强度电场强度E E大小大小;解析解析:(1)(1)微粒抵达微粒抵达A(l,l)A(l,l)点之前做匀速直线运动点之前做匀速直线运动,对微粒受力分析如图对微粒受力分析如图(甲甲)所表示所表示.有有Eq=mg,Eq=mg,解得解得E=.E=.答案答案:(1)(1)5/26(2)(2)磁感应强度磁感应强度B B大小大小;答案答案:(2)(2)6/26(3)(3)微粒在复合场中运动时间微粒在复合场中运动时间.答案答案:(3)(3)7/26规律方法规律方法 处理带电体在电场、重力场、磁场叠加场中运动问题处理带电体在电场、重力场、磁场叠加场中运动问题,应应首先从力角度对带电体进行受力分析首先从力角度对带电体进行受力分析,在匀强电场中重力和电场力大在匀强电场中重力和电场力大小、方向一直不变小、方向一直不变,洛伦兹力随速度改变而改变洛伦兹力随速度改变而改变.重力、电场力做功与重力、电场力做功与路径无关路径无关,洛伦兹力一直不做功洛伦兹力一直不做功.分清带电体状态和运动过程分清带电体状态和运动过程,然后利然后利用各种物理规律来处理问题用各种物理规律来处理问题.8/26【拓展提升拓展提升1 1】(天津卷天津卷,11),11)如如图图所表示所表示,空空间间中存在着水平中存在着水平向右匀向右匀强强电场电场,电场电场强强度大小度大小E=5 N/C,E=5 N/C,同同时时存在着水平方向存在着水平方向匀匀强强磁磁场场,其方向与其方向与电场电场方向垂直方向垂直,磁感磁感应应强强度大小度大小B=0.5 T.B=0.5 T.有一有一带带正正电电小球小球,质质量量m=110m=110-6-6 kg,kg,电电荷量荷量q=210q=210-6-6 C,C,正以正以速度速度v v在在图图示示竖竖直面内做匀速直直面内做匀速直线线运运动动,当当经过经过P P点点时时撤掉磁撤掉磁场场(不考不考虑虑磁磁场场消失引消失引发发电电磁感磁感应现应现象象)取取g=10 m/sg=10 m/s2 2,求求:(1)(1)小球做匀速直线运动速度小球做匀速直线运动速度v v大小和方向大小和方向;答案答案:(1)20 m/s(1)20 m/s方向与电场方向成方向与电场方向成6060角斜向上角斜向上 9/26(2)(2)从撤掉磁从撤掉磁场场到小球再次穿到小球再次穿过过P P点所在点所在这这条条电场线经历时间电场线经历时间t.t.10/26答案答案:(2)3.5 s(2)3.5 s 11/26二、带电粒子在组合场中运动二、带电粒子在组合场中运动1.1.组合场模型组合场模型电场、磁场、重力场电场、磁场、重力场(或其中两种场或其中两种场)并存并存,但各自位于一定区域但各自位于一定区域,而且互而且互不重合情况不重合情况.2.2.带电粒子在组合场中运动处理方法带电粒子在组合场中运动处理方法(1)(1)分别研究带电粒子在不一样场区运动规律分别研究带电粒子在不一样场区运动规律.在匀强磁场中做匀速圆周在匀强磁场中做匀速圆周运动运动.在匀强电场中在匀强电场中,若速度方向与电场方向平行若速度方向与电场方向平行,则做匀变速直线运动则做匀变速直线运动;若速度方向与电场方向垂直若速度方向与电场方向垂直,则做类平抛运动则做类平抛运动.(2)(2)带电粒子经过磁场区域时利用圆周运动规律结合几何关系处理带电粒子经过磁场区域时利用圆周运动规律结合几何关系处理.(3)(3)当粒子从一个场进入另一个场时当粒子从一个场进入另一个场时,该点位置、粒子速度大小和方向往该点位置、粒子速度大小和方向往往是解题突破口往是解题突破口.12/26【例例2 2】如如图图所表示所表示,在直角坐在直角坐标标系系xOyxOy第一象限中分布着沿第一象限中分布着沿y y轴负轴负方向匀方向匀强强电场电场,在第四象限中分布着方向向里垂直在第四象限中分布着方向向里垂直纸纸面匀面匀强强磁磁场场.一个一个质质量量为为m m、带电带电荷量荷量为为+q+q微粒微粒,在在A A点点(0,3)(0,3)以初速度以初速度v v0 0=120 m/s=120 m/s平行平行x x轴轴射入射入电场电场区域区域,然后从然后从电场电场区域区域进进入磁入磁场场,又从磁又从磁场进场进入入电场电场,而且先后只而且先后只经过经过x x轴轴上上P P点点(6,0)(6,0)和和Q Q点点(8,0)(8,0)各一次各一次,已知已知该该微粒比荷微粒比荷为为 =10=102 2 C/kg,C/kg,微粒重力不微粒重力不计计,求求:13/26(1)(1)微粒从微粒从A A到到P P所所经历时间经历时间和加速度大小和加速度大小;(2)(2)求出微粒抵达求出微粒抵达P P点点时时速度方向与速度方向与x x轴轴正方向正方向夹夹角角,并画出并画出带电带电微粒在微粒在电电磁磁场场中由中由A A到到Q Q运运动轨动轨迹迹;答案答案:(1)0.05 s(1)0.05 s2.4102.4103 3 m/s m/s2 2 (2)45(2)45看法析看法析 14/26(3)(3)电场强度电场强度E E和磁感应强度和磁感应强度B B大小大小.答案答案:(3)24 N/C(3)24 N/C1.2 T1.2 T15/26规律方法规律方法 组合场中电场和磁场是各自独立组合场中电场和磁场是各自独立,计算时能够单独使用带计算时能够单独使用带电粒子在电场或磁场中运动公式来列式处理电粒子在电场或磁场中运动公式来列式处理.电场中常有两种运动方式电场中常有两种运动方式:加速或偏转加速或偏转;而匀强磁场中而匀强磁场中,带电粒子常做匀速圆周运动带电粒子常做匀速圆周运动.16/26【拓展提升拓展提升2 2】如如图图所表示所表示,在在边长为边长为L L等等边边三角形内有垂直三角形内有垂直纸纸面向里匀面向里匀强强磁磁场场,磁感磁感应应强强度大小度大小为为B,B,在在ACAC边边界左界左侧侧有与有与ACAC边边平行匀平行匀强强电场电场,D,D是底是底边边ABAB中中点点.质质量量为为m,m,电电荷量荷量为为q q带带正正电电粒子粒子(不不计计重力重力)从从ABAB边边上上D D点点竖竖直向上射入磁直向上射入磁场场,恰恰好垂直打在好垂直打在ACAC边边上上.(1)(1)求粒子速度大小求粒子速度大小;答案答案:(1)(1)17/26(2)(2)粒子离开磁粒子离开磁场场后后,经经一段一段时间时间抵达抵达BABA延延长线长线上上N N点点(图图中没有中没有标标出出),),已知已知NA=L,NA=L,求匀求匀强强电场电场电场电场强强度度.答案答案:(2)(2)18/26达标测评达标测评 随堂演练随堂演练检测效果检测效果1.1.一个电子穿过某一空间而未发生偏转一个电子穿过某一空间而未发生偏转,则则()A.A.此空间一定不存在磁场此空间一定不存在磁场B.B.此空间一定不存在电场此空间一定不存在电场C.C.此空间可能只有匀强磁场此空间可能只有匀强磁场,方向与电子速度方向垂直方向与电子速度方向垂直D.D.此空间可能同时有电场和磁场此空间可能同时有电场和磁场D D解析解析:此空间可能只有磁场此空间可能只有磁场,但与电子运动方向平行但与电子运动方向平行,电子不受力而不偏转电子不受力而不偏转,选项选项A,CA,C错误错误;此空间可能存在电场且与电子运动方向共线此空间可能存在电场且与电子运动方向共线,电子受电场力电子受电场力而做直线运动而做直线运动,选项选项B B错误错误;空间同时存在电场和磁场空间同时存在电场和磁场,当二者平行、与电子当二者平行、与电子速度共线速度共线,或二者垂直或二者垂直,电子所受电场力与洛伦兹力平衡时电子所受电场力与洛伦兹力平衡时,电子穿过该空电子穿过该空间不偏转间不偏转,选项选项D D正确正确.19/262.2.(寿光高二质检寿光高二质检)有一个有一个带电带电荷量荷量为为+q+q、重力、重力为为G G小球小球,从两从两竖竖直直带电带电平行平行板上方板上方h h处处自由落下自由落下,两极板两极板间间另有匀另有匀强强磁磁场场,磁感磁感应应强强度度为为B,B,方向如方向如图图所表所表示示,则带电则带电小球小球经过经过有有电场电场和磁和磁场场空空间时间时,以下以下说说法正确是法正确是()A.A.一定做曲线运动一定做曲线运动B.B.不可能做曲线运动不可能做曲线运动C.C.有可能做匀加速运动有可能做匀加速运动D.D.有可能做匀速运动有可能做匀速运动 A A解析解析:带电小球刚入电场和磁场空间时带电小球刚入电场和磁场空间时,受到水平向左电场力和水平向右受到水平向左电场力和水平向右洛伦兹力洛伦兹力,及竖直向下重力及竖直向下重力,即使有即使有qE=qvB,qE=qvB,因重力做正功因重力做正功,小球速度小球速度v v增增大大,水平方向协力不再为零水平方向协力不再为零,小球一定做曲线运动小球一定做曲线运动,选项选项A A正确正确,B,C,D,B,C,D均错均错误误.20/263.3.(西安高二检测西安高二检测)如图所表示如图所表示,有理想边界匀强磁场方向垂直纸面向外有理想边界匀强磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度大小为磁感应强度大小为B,B,某带电粒子比荷大小为某带电粒子比荷大小为k,k,由静止开始经电压为由静止开始经电压为U U电场电场加速后加速后,从从O O点垂直射入磁场点垂直射入磁场,又从又从P P点穿出磁场点穿出磁场.以下说法正确是以下说法正确是(不计粒子不计粒子所受重力所受重力)()()A.A.假如只增加假如只增加U,U,粒子能够从粒子能够从dPdP之间某位置穿出磁场之间某位置穿出磁场B.B.假如只减小假如只减小B,B,粒子能够从粒子能够从abab边某位置穿出磁场边某位置穿出磁场C.C
