2019_2020学年高中物理第三章磁场微型专题10带电粒子在组合场叠加场中的运动课件粤教版选修3_1.pptx
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1、微型专题10 带电粒子在组合场、叠加场中的运动,第三章 磁 场,物理观念: 1.知道组合场是电场与磁场各位于一定的区域内,并不重叠. 2.叠加场是指某区域同时存在电场、磁场和重力场中的两个或者三个,也叫复合场. 科学思维: 1.知道组合场问题一般可以按时间的先后顺序分成若干个小过程,在每一个小过程中对粒子进行分析. 2.叠加场问题要弄清叠加场的组成,结合运动情况和受力情况分析粒子的运动.,学科素养与目标要求,NEIRONGSUOYIN,内容索引,重点探究,达标检测,微型专题练,启迪思维 探究重点,检测评价 达标过关,克难解疑 精准高效,重点探究,带电粒子在电场、磁场组合场中的运动是指粒子从电场
2、到磁场或从磁场到电场的运动.通常按时间的先后顺序分成若干个小过程,在每一运动过程中从粒子的受力性质、受力方向和速度方向的关系入手,分析粒子在电场中做什么运动,在磁场中做什么运动. (1)在匀强电场中运动: 若初速度v0与电场线平行,粒子做匀变速直线运动; 若初速度v0与电场线垂直,粒子做类平抛运动. (2)在匀强磁场中运动: 若初速度v0与磁感线平行,粒子做匀速直线运动; 若初速度v0与磁感线垂直,粒子做匀速圆周运动.,一、带电粒子在组合场中的运动,(3)解决带电粒子在组合场中的运动问题,所需知识如下:,例1 (2018安徽师大附中期末)如图1所示,在平面直角坐标系xOy内,第、象限内存在沿y
3、轴正方向的匀强电场,第、象限内存在半径为L的圆形匀强磁场,磁场圆心在M(L,0)点,磁场方向垂直于坐标平面向外.一带正电粒子从第象限中的Q(2L,L)点以速度v0沿x轴正方向射入,恰好从坐标原点O进入磁场,从P(2L,0)点射出磁场,不计粒子重力,求: (1)电场强度与磁感应强度大小的比值;,图1,解析 设粒子的质量和所带电荷量分别为m和q,粒子在电场中运动,由平抛运动规律及牛顿运动定律得,2Lv0t1,L at12,qEma,粒子到达O点时沿y方向的分速度为vyat1v0,,(2)粒子在磁场与电场中运动时间的比值.,针对训练 (2017天津理综)平面直角坐标系xOy中,第象限存在垂直于平面向
4、里的匀强磁场,第象限存在沿y轴负方向的匀强电场,如图2所示.一带负电的粒子从电场中的Q点以速度v0沿x轴正方向开始运动.Q点到y轴的距离为到x轴距离的2倍.粒子从坐标原点O离开电场进入磁场,最终从x轴上的P点射出磁场,P点到y轴距离与Q点到y轴距离相等.不计粒子重力,问: (1)粒子到达O点时速度的大小和方向;,图2,解析 在电场中,粒子做类平抛运动,设Q点到x轴距离为L,到y轴距离为2L,粒子的加速度为a,运动时间为t,有 2Lv0t L 设粒子到达O点时沿y轴方向的分速度为vy vyat 设粒子到达O点时速度方向与x轴正方向夹角为,有 tan 联立式得45 ,即粒子到达O点时速度方向与x轴
5、正方向成45角斜向上. 设粒子到达O点时速度大小为v, 由运动的合成有,(2)电场强度和磁感应强度的大小之比.,解析 设电场强度为E,粒子所带电荷量为q,质量为m, 粒子在电场中受到的电场力为F,由牛顿第二定律可得 Fma 又FqE 设磁场的磁感应强度大小为B,粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R,所受的洛伦兹力提供向心力,有,学科素养 例1和针对训练考查了带电粒子在组合场中的运动,按时间的先后顺序分成若干个小过程,在每一个小过程中对粒子进行分析,在解题过程中,回顾了物理概念和规律,锻炼了从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系认识的能力,体现了“物理观念”、“科学思维”等学科素养
6、.,带电粒子在叠加场中的运动一般有两种情况: (1)直线运动:如果带电粒子在叠加场中做直线运动,一定是做匀速直线运动,合力为零. (2)圆周运动:如果带电粒子在叠加场中做圆周运动,一定是做匀速圆周运动,重力和电场力的合力为零,洛伦兹力提供向心力.,二、带电粒子在叠加场中的运动,例2 (2018重庆一中高二上期中)如图3所示,空间中的匀强电场水平向右,匀强磁场垂直纸面向里,一带电微粒沿着直线从M运动到N,以下说法正确的是 A.带电微粒可能带负电 B.运动过程中带电微粒的动能保持不变 C.运动过程中带电微粒的电势能增加 D.运动过程中带电微粒的机械能守恒,图3,解析 根据做直线运动的条件和受力情况
7、可知,微粒一定带正电,且做匀速直线运动,所以选项A错误; 由于电场力向右,对微粒做正功,电势能减小,但重力做负功,由于微粒做匀速直线运动,则合力做功为零,因此动能仍不变,选项B正确,C错误; 由能量守恒可知,电势能减小,机械能一定增加,所以选项D错误.,例3 如图4所示,在地面附近有一个范围足够大的相互正交的匀强电场和匀强磁场.匀强磁场的磁感应强度为B,方向水平并垂直纸面向外,一质量为m、带电荷量为q的带电微粒在此区域恰好做速度大小为v的匀速圆周运动.(重力加速度为g) (1)求此区域内电场强度的大小和方向;,图4,解析 要满足带负电微粒做匀速圆周运动,则:,(2)若某时刻微粒运动到场中距地面
8、高度为H的P点,速度与水平方向成45角,如图所示.则该微粒至少需要经过多长时间才能运动到距地面最高点?最高点距地面多高?,解析 如图所示,当微粒第一次运动到最高点时,135,,达标检测,1,2,3,4,1.(带电粒子在叠加场中的运动)(多选)(2018扬州中学高二上期中)空间存在竖直向下的匀强电场和水平方向(垂直纸面向里)的匀强磁场,如图5所示,已知一离子在电场力和洛伦兹力共同作用下,从静止开始自A点沿曲线ACB运动,到达B点时速度为零,C为运动的最低点.不计重力,则 A.该离子带负电 B.A、B两点位于同一高度 C.到达C点时离子速度最大 D.离子到达B点后,将沿原曲线返回A点,图5,解析
9、离子开始受到电场力作用开始向下运动,可知电场力方向向下,则离子带正电,A错误; 根据动能定理知,洛伦兹力不做功,在A到B的过程中,动能变化为零,则电场力做功为零,A、B两点等电势,因为该电场是匀强电场,所以A、B两点位于同一高度,B正确; 根据动能定理得,离子运动到C点电场力做功最大,则速度最大,C正确; 只要将离子在B点的状态与A点进行比较,就可以发现它们的状态(速度为零,电势能相等)相同,如果右侧仍有同样的电场和磁场的叠加区域,离子就将在B点的右侧重现前面的曲线运动,因此,离子是不可能沿原曲线返回A点的,D错误.,1,2,3,4,2.(带电粒子在叠加场中的运动)(2017全国卷)如图6,空
10、间某区域存在匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向上(与纸面平行),磁场方向垂直于纸面向里,三个带正电的微粒a、b、c电荷量相等,质量分别为ma、mb、mc,已知在该区域内,a在纸面内做匀速圆周运动,b在纸面内向右做匀速直线运动,c在纸面内向左做匀速直线运动.下列选项正确的是 A.mambmc B.mbmamc C.mcmamb D.mcmbma,图6,1,2,3,4,解析 设三个微粒的电荷量均为q, a在纸面内做匀速圆周运动,说明洛伦兹力提供向心力,重力与电场力平衡,即magqE b在纸面内向右做匀速直线运动,三力平衡,则 mbgqEqvB c在纸面内向左做匀速直线运动,三力平衡,则 mcgqv
11、BqE 比较式得:mbmamc,选项B正确.,1,2,3,4,3.(带电粒子在组合场中的运动)(2018长郡中学期末)如图7所示,某种带电粒子由静止开始经电压为U1的电场加速后,射入水平放置、电势差为U2的两块导体板间的匀强电场中,带电粒子沿平行于两板的方向从两板正中间射入,穿过两板后又垂直于磁场方向射入边界线竖直的匀强磁场中,则粒子射入磁场和射出磁场的M、N两点间的距离d随着U1和U2的变化情况为(不计重力,不考虑边缘效应) A.d随U1变化,d与U2无关 B.d与U1无关,d随U2变化 C.d随着U1、U2变化 D.d与U1无关,d与U2无关,图7,1,2,3,4,1,2,3,4,粒子在偏
12、转电场中做类平抛运动,设粒子在偏转电场中的偏向角为,进入磁场时的速度为v,,而在磁场中做匀速圆周运动,设运动轨迹对应的半径为R,由几何关系可得,半径与直线MN夹角正好等于,,1,2,3,4,故d随U1变化,d与U2无关,故A正确,B、C、D错误.,4.(带电粒子在组合场中的运动)(2018深圳高中联盟高二上期末)如图8所示装置中,区域中有竖直向上的匀强电场,电场强度为E,区域中有垂直纸面向外的水平匀强磁场,磁感应强度为B,区域中有垂直纸面向里的水平匀强磁场,磁感应强度为2B.一质量为m、带电荷量为q的带负电粒子从左边界O点正上方的M点以速度v0水平射入匀强电场,经水平分界线OP上的A点与OP成
13、60角射入区域的匀强磁场,并垂直竖直边界CD进入区域的匀强磁场中.(粒子重力不计,区域、足够大)求: (1)粒子在区域匀强磁场中运动的轨道半径;,1,2,3,4,图8,解析 粒子在匀强电场中做类平抛运动,设粒子过A点时速度为v,,1,2,3,4,粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律得:,(2)O、A间的距离;,1,2,3,4,解析 设粒子在电场中的运动时间为t1,加速度为a,则有qEma v0tan 60at1,,(3)粒子从M点出发到第二次通过CD边界所经历的时间.,1,2,3,4,1,2,3,4,微型专题练,一、选择题 考点一 带电粒子在叠加场中的运动 1.如图1所示,竖直平面内
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