物理专题复习：带电物体在电磁场中的运动(上)课件-人教版

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,物理专题复习,带电物体在电磁场中的运动（上）,物理专题复习带电物体在电磁场中的运动（上）,带电粒子在电场中的运动比物体在重力场中的运动要丰富得多，它与运动学、动力学、功和能、动量等知识联系紧密，加之电场力的大小、方向灵活多变，功和能的转化关系错综复杂，其难度比力学中的运动要大得多。,带电粒子在磁场中的运动,涉及的物理情景丰富，解决问题所用的知识综合性强，很适合对能力的考查，是高考热点之一。,带电粒子在磁场中的运动有三大特点,：与圆周运动的运动学规律紧密联系运动周期与速率大小无关轨道半径与圆心位置的确定与空间约束条件有关，呈现灵活多变的势态。因以上三大特点，很易创造新情景命题，故为高考热点，近十年的高考题中，每年都有，且多数为大计算题。,一、考点剖析：,带电粒子在电场中的运动比物体在重力场中的运动要丰富得多，,带电粒子在,复合,电磁场中的运动,：若,空间中同时同区域存在重力场、电场、磁场，则使粒子的受力情况复杂起来；,若不同时不同区域存在，则使粒子的运动情况或过程复杂起来，相应的运动情景及能量转化更加复杂化，将力学、电磁学知识的转化应用推向高潮。,该考点为高考命题提供了丰富的情景与素材，为体现知识的综合与灵活应用提供了广阔的平台，是高考命题热点之一。,带电粒子在复合电磁场中的运动：若空间中同时同区域存在重力,二、知识结构,带电粒子在电磁场中的运 动,在电场中的运动,直线运动：,如用电场加速或减速粒子,偏转：,类平抛运动，一般分解成两个分运动,匀速圆,周运动：,以点电荷为圆心运动或受装置约束,在磁场中的运动,直线运动：,带电粒子的速度与磁场平行时,匀速圆,周运动：,带电粒子的速度与磁场垂直时,在复合场中的运 动,直线运动：,垂直运动方向的力必定平衡,匀速圆,周运动：,重力与电场力一定平衡，,由洛伦兹力提供向心力,一般的曲线运动：,二、知识结构带电粒子在电磁场中的运 动在电场中的运动直线运动,三、知识 方法 应用,运动电荷的受力情况,仅在电场力作用下,仅在磁场力作用下,在复合场力作用下,电荷的曲线运动情况,类平抛运动,圆周运动,多过程运动,运用的知识和方法,三种场力的知识,运动学公式,运动的合成与分解,三大力学规律,圆的几何知识,边界条件的寻找和隐含条件的挖掘,实际应用,示波器,回旋加速器,质谱仪,显像管,三、知识 方法 应用运动电荷的受力情况电荷的曲线运动,例,1,.,如图甲所示，带电粒子,(,不计重力,),以水平向右的初速度,v,0,先通过有界匀强电场,E,，后通过有界匀强磁场,B,，再从磁场右边穿出，此过程中该粒子动能的改变量为,E,k1,；若如图乙所示，将该匀强电场和匀强磁场区域正交叠加，再让该粒子以同样的初速度水平向右穿越叠加场区而从右边穿出，此过程中该粒子动能的改变量为,E,k2,比较,E,k1,和,E,k2,的大小，下列说法中正确的是（）,A,一定有,E,k,l,E,k,2,B,一定有,E,k,l,=,E,k,2,C,一定有,E,k,l,E,k2,、,E,kl,=,E,k2,、,E,k1,E,k2,都有可能,v,0,E,B,v,0,E,B,乙,甲,D,解见下页,例1.如图甲所示，带电粒子(不计重力)以水平向右的初速度v0,解：,v,0,E,B,v,0,E,B,乙,甲,设图甲中通过电场时偏移量为,d,，动能的改变量,为,E,k1,=,Eqd,，通过磁场时洛仑兹力不做功。,图乙中若洛仑兹力大于电场力，则穿越叠加场区,而从右边穿出时，,偏移量可能小于,d,，,E,k2,Eqd,。,D,正确,解：v0EBv0EB乙甲 设图甲中通过电场时偏移量为,例,2,、如图所示，一个质量为,m,、电荷量为,+,q,的小球从高度为,h,的,A,点以速度,v,0,水平抛出，第一次落地点为,P,。不计空气阻力，重力加速度为,g,。,（,1,）小球从,A,点运动到,P,点的过程,求位移,L,的大小。,（,2,）在空间竖直方向加一个匀强电场，发现小球水平抛出后做匀速直线运动，求电场强度,E,的大小。,（,3,）若在此电场空间再加一个垂直纸面向外的匀强磁场，发现小球第一次落地点仍然是,P,点，求磁感应强度,B,的大小。,v,0,A,P,h,解：,（,1,）由平抛运动规律有,得到,例2、如图所示，一个质量为m、电荷量为+q的小球从高度为h,（,2,）小球在电场中做匀速运动，所受合外力为零,mg=qE,解得,（,3,）小球在磁场中做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律,v,0,R-h,s,R,O,由几何关系,R,2,=,s,2,+,（,R,h,）,2,联立解得,（2）小球在电场中做匀速运动，所受合外力为零mg=qE解得（,例,3,.,如图所示，某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场，电场方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里，一带电微粒由,a,点进入电磁场并刚好能沿,ab,直线向上运动，下列说法正确的是,(),A,微粒一定带负电,B,微粒动能一定减小,C,微粒的电势能一定增加,D,微粒的机械能一定增加,a,b,E,A D,解见下页,例3.如图所示，某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场，电场方向,解：,a,b,E,根据做直线运动的条件和受力情况可知，微粒一定带负电，且做匀速直线运动，,A,对,B,错，,qE,mg,qvB,由于电场力向左对微粒做正功,电势能一定减小,C,错,由能量守恒可知：电势能减小，机械能一定增加，,D,对,解题感悟：,带电体在重力场、,电场、磁场的复合场中，只要,做直线运动，一定是匀速直线,运动（,v,与,B,不平行）。若速度是变的，则洛仑兹力是变的，合力是变的，合力与速度不在一条直线上,就会做曲线运动。,解：abE 根据做直线运动的条件和,例,4,。,如图所示，在直角坐标系,xOy,内，有一质量为,m,、电量为,+,q,的电荷从原点,O,沿,y,轴正方向以初速度,v,0,出发，电荷重力不计。现要求该电荷能通过,P,(,a,、,-b,).,试设计在电荷运动的整个空间范围内加上“电场”或“磁场”，并运用物理知识求解出一种简单、常规的方案。,（,1,）说明电荷由,O,到,P,的运动性质并在图中绘出电荷运动轨迹；,（,2,）用必要的运算说明你设计,的方案中相关物理量的表达式,（用题设已知条件和有关常数）,P(a,-b),O,y,x,v,0,例4。如图所示，在直角坐标系xOy内，有一质量为m、电量为+,解：方案一：,P(a,-b),O,y,x,v,0,在,x,轴上,O,点固定一带负电的点电荷,Q,使电荷,(,m,，,q,),在库仑力作用下绕,O,点从,O,到,P,作匀速圆周运动，其轨道半径为,R,电荷运动轨迹如图示,O,由图知,由牛顿第二定律得：,解：方案一：P(a,-b)Oyxv0在x轴上O 点固定一带,在直角坐标系,xOy,内加上垂直纸面向里的匀强磁场,B,，使电荷（,m,，,q,）在洛伦兹力作用下绕,O,点从,O,到,P,作匀速圆周运动，其轨道半径为,R,电荷运动轨迹如图示,电荷作匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供,由图知,O,方案二：,P(a,-b),O,y,x,v,0,题目,在直角坐标系xOy内加,例,5,如图所示，在,y,轴的右方有一磁感应强度为,B,的方向垂直纸面向外的匀强磁场，在,x,轴的下方有一场强为,E,的方向平行,x,轴向右的匀强电场。有一铅板放置在,y,轴处，且与纸面垂直。现有一质量为,m,、电荷量为,q,的粒子由静止经过加速电压为,U,的电场加速，然后以垂直于铅板的方向从,A,处沿直线穿过铅板，而后从,x,轴上的,D,处以与,x,轴正向夹角为,60,的方向进入电场和磁场叠加的区域，最后到达,y,轴上的,C,点。已知,OD,长为,l,，求：,（,1,）粒子经过铅板时损,失了多少动能？,（,2,）粒子到达,C,点时的,速度多大？,O,y,x,60,0,D,B,A,C,v,0,E,例5如图所示，在y轴的右方有一磁感应强度为B的方向垂直纸面,由动能定理可知此带电粒子穿过铅板前的动能,根据,得,又由几何知识可得（如图）,即,故,O,y,x,60,0,D,B,A,C,v,0,E,R,解：,由动能定理可知此带电粒子穿过铅板前的动能根据得又由几何知识可,由于洛伦兹力不做功，带电粒子穿过铅板后的动能,因此粒子穿过铅板后动能的损失为,（,2,）从,D,到,C,只有电场力对粒子做功，电场力做功与路径无关，根据动能定理，有,解得,题目,由于洛伦兹力不做功，带电粒子穿过铅板后的动能因此粒子穿过铅板,例,6,如图所示，在直角坐标系的原点,O,处有一放射源，向四周均匀发射速度大小相等、方向都平行于纸面的带电粒子。在放射源右边有一很薄的挡板，挡板与,xoy,平面交线的两端,M,、,N,与原点,O,正好构成等腰直角三角形。已知带电,粒子的质量为,m,，带电量为,q,，,速度为,v,，,MN,的长度为,L,。,x,y,O,M,N,O,例6 如图所示，在直角坐标系的原点O处有一放射源，向四周均,（,1,）若在,y,轴右侧加一平行于,x,轴的匀强电场，要使,y,轴右侧所有运动的粒子都能打到挡板,MN,上，则电场强度的最小值,E,0,为多大？在电场强度为,E,0,时，打到板上的粒子动能为多大,?,（,2,）若在整个空间加一方向垂直纸面向里的匀强磁场，要使板右侧的,MN,连线上都有粒子打到，磁场的磁感应强度不能超过多少,(,用,m,、,v,、,q,、,L,表示,)?,若磁场的磁感应强度满足此条件，放射源,O,向外发射出的所有带电粒子中有几分之几能打在板的左边,?,（1）若在y轴右侧加一平行于x轴的匀强电场，要使y轴右侧所有,由题意知，要使,y,轴右侧所有运动粒子都能打在,MN,板上，其临界条件为：沿,y,轴方向运动的粒子作类平抛运动，且落在,M,或,N,点。,解式得,由动能定理知,解式得,解：,题目,由题意知，要使y轴右侧所有运动粒子都能打在M,由题意知，要使板右侧的,MN,连线上都有粒子打到，粒子轨迹直径的最小值为,MN,板的长度,L,。,v,1,v,2,x,y,O,M,N,O,放射源,O,发射出的粒子中，打在,MN,板上的粒子的临界径迹如图所示。,OM,=,ON,，且,OM,ON,OO,1,OO,2,v,1,v,2,放射源,O,放射出的所有粒子,中只有,1/4,打在,MN,板的左侧,O,1,v,1,v,2,x,y,O,M,N,O,2,题目,第,2,页,由题意知，要使板右侧的MN连线上都有粒子打到，粒子轨迹直径,例,7,如图所示，一带电粒子以某一速度在竖直平面内做直线运动，经过一段时间后进入一垂直于纸面向里、磁感应强度为,B,的最小的圆形匀强磁场区域（图中未画出磁场区域），粒子飞出磁场后垂直电场方向进入宽为,L,的匀强电场。电场强度大小为,E,，方向竖直向上。当粒子穿出电场时速度大小变为原来的 倍。已知带电粒子的质量为,m,，电量为,q,，重力不计。粒子进入磁场前的速度如图与水平方向成,60,角。试解答：,（,1,）粒子带什么电？,（,2,）带电粒子在磁场中运动时,速度多大？,（,3,）该最小的圆形磁场区域的,面积为多大？,E,L,例7 如图所示，一带电粒子以某一速度在竖直平面内做直线运动,解析：,本题考查带电粒子在电、磁场中的两运动模型（匀速圆周运动与类平抛运动）及相关的综合分析能力，以及空间想象的能力、应用数学知识解决物理问题能力。,根据粒子在磁场中偏转的情况和左手定则可知，,粒子带负电。,由于洛仑兹力对粒子不做功,故粒子以原来的速率进入电场中，,设带电粒子进入电场的初速度为,v,0,，在电场中偏转时做类平抛运动，,由题意知粒子离开电场时的末速度大小为,解析：本题考查带电粒子在电、磁场,将,v,t,分解为平行于电场方向和垂直于电场方向的两个分速度,由几何关系知，,联立求解得：,题目,将vt分解为平行于电场方向和垂直于电场方向的两个分速度,（,3,）如图所示，带电粒子在磁场中所受洛伦兹力作为向心力，设在磁场中做圆周运动的半径为,R,，圆形磁场区域的半径为,r,，则：,v,t,v,0,v,y,O,R,v,0,O,r,由几何知识可得：,r=Rsin,30,0,磁场区域的最小面积为,S=r,2,联立求解得,题目,第,2,页,（3）如图所示，带电粒子在磁场中所受洛伦兹力作为向心力，设在,如图所示的坐标系，,x,轴沿水平方向，,y,轴沿竖直方向。在,x,轴上方空间的第二象限内，有一个竖直向下的匀强电场，在第三象限，存在沿,y,轴正方向的匀强电场和垂直,xy,平面,(,纸面,),向里的匀强磁场。在第一、第四象限，存在着与,x,轴正方向夹角为,30,的匀强电场，四个象限的电场强度大小,均相等,。一质量为,m,、电量为,+q,的带电,质点,，从,y,轴上,y=h,处的,p,1,点以,一定,的,水平,初速度沿,x,轴负方向进入第二象限。然后经过,x,轴上,x=-2h,处的,p,2,点进入第三象限，带电质点,恰好能做匀速圆周运动,。之后经过,y,轴上,y=-2h,处的,p,3,点进入第四象限。已知重力加速度为,g,。求：,(1),粒子到达,p,2,点时速度的人小和,方向,；,(2),电场强度和磁感应强度的火小；,(3),带电质点在进入第四象限空间,运动过程中离,x,轴,最小距离,。,30,P,2,P,1,0,P,3,y,x,例,8,如图所示的坐标系，x轴沿水平方向，y轴沿竖直方向。,（,2009,皖北协作区联考）,E,1,+GE,2,+G+BE,3,+G,30,P,2,P,1,0,P,3,y,y,H,解,（,1,）,在竖直方向,V,y,=2gt,1,=,与,x,轴负方向的夹角,=45,设第三象限的电场强度大小为,E,由粒子进入第三象限恰好能做匀速圆周运动知：,Eq=mg E=mg/q,在第二象限内，竖直方向上加速度,a,1,=(mg+Eq)/m=2g,在水平方向上,2h=V,0,t,1,竖直方向,h=a,1,t,1,2,/2,（,2,）进入第三象限，重力和电场力抵消，磁场力单独提供向心力：,Bqv=mv,2,/r,由几何关系知，以,P,2,、,、,P,3,为圆周的直径 故,r=,（2009皖北协作区联考）E1+GE2+G+BE3+G,(3),粒子进入第四象限，竖直方向向下的力大小,F,y,=Eqsin30+mg,由牛顿第二定律，竖直向下加速度大小,a,2,=3g/2,当粒子竖直向上的速度为,0,时，离,x,轴最近，,即,V,y,=Vcos45-a,2,t,2,=0,粒子上升的最大高度,H=Vcos45t,2,-a,4,t,2,2,/2,所以,H=4h/3,离,x,轴最近的距离,y=2h-H=2h/3,30,P,2,P,1,0,P,3,y,y,H,（,2009,皖北协作区联考）,E,1,+GE,2,+G+BE,3,+G,体会此题,(3)粒子进入第四象限，竖直方向向下的力大小粒子上升的最大高,1,有了坚定的意志，就等于给双脚添了一对翅膀。,2,一个人的价值在于他的才华，而不在他的衣饰。,3,生活就像海洋，只有意志坚强的人，才能到达彼岸。,4,读一切好的书，就是和许多高尚的人说话。,5,最聪明的人是最不愿浪费时间的人。,6,不要因为怕被玫瑰的刺伤到你，就不敢去摘玫瑰。,7,大多数人想要改造这个世界，但却罕有人想改造自己。,8,命运把人抛入最低谷时，往往是人生转折的最佳期。谁若自怨自艾，必会坐失良机！,1有了坚定的意志，就等于给双脚添了一对翅膀。,