专题六带电粒子在电磁场中的运动课件

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,0,一、带电粒子在匀强电场中的运动,1、,加速（通常应用动能定理求解）,【,例,1】,如图所示，两个极板的正中央各有一小孔，两板间,加以电压,U,，一带正电荷,q,的带电粒子以初速度,v,0,从左边的,小孔射入，并从右边的小孔射出，则射出时速度为多少？,M,N,q,U,v,0,v,第1页/共20页,一、带电粒子在匀强电场中的运动1、加速（通常应用动能定理求解,1,2.,偏转（通常垂直进入电场，作类平抛运动）,第2页/共20页,2.偏转（通常垂直进入电场，作类平抛运动）第2页/共20页,2,【,例,2】,质量为,m,、电荷量为,+q,的带电粒子以一初速沿垂直于电场的方向，进入长为,l,、间距为,d,、电压为,U,的平行金属板间的匀强电场中，粒子将做类平抛运动，如图所示，若不计粒子重力，试求：（结果用,q,，,l,，,d,，,U,，,m,表示）,（,1,）初速度在什么范围时，带电粒子将打在极板上？,（,2,）初速度在什么范围时，带电粒子将飞出电场？,+,-,第3页/共20页,+-第3页/,3,二、带电粒子在磁场中的运动,高考对带电粒子在磁场中运动的考查，主要集中在对带电粒子在有界磁场中运动的临界问题和极值问题的分析和求解这类问题主要利用牛顿定律、圆周运动知识，结合几何知识解决,第4页/共20页,二、带电粒子在磁场中的运动第4页/共20页,4,处理该类问题常用的几个几何关系,(1),四个点：分别是入射点、出射点、轨迹圆心和入射速度直线与出射速度直线的交点。,(2),六条线：两段轨迹半径，入射速度直线和出射速度直线，入射点与出射点的连线，圆心与两条速度直线交点的连线。前面四条边构成一个四边形，后面两条为对角线。,(3),三个角：速度偏转角、圆心角、弦切角，其中偏转角等于圆心角，也等于弦切角的两倍。,第5页/共20页,处理该类问题常用的几个几何关系第5页/共20页,5,【,例,3】,（,14,年广一模）如图是荷质比相同的,a,、,b,两粒子从,O,点垂直匀强磁场进入正方形区域的运动轨迹，则,A,a,的质量比,b,的质量大,B,a,带正电荷、,b,带负电荷,C,a,在磁场中的运动速率比,b,的大,D,a,在磁场中的运动时间比,b,的长,第6页/共20页,【例3】（14年广一模）如图是荷质比相同的a、b两粒子从O点,6,【,例,4,】,如图所示，重力不计的带电粒子在匀强磁场里按图示径迹运动。径迹为互相衔接的两段半径不等的半圆弧，中间是一块很薄金属片，粒子穿过时有动能损失。下列判断正确的是：（,）,A,abc,段用的时间比,cde,段用的时间长,B,该粒子带正电,C,粒子的运动是从,a,端开始,D,粒子的运动是从,e,端开始,第7页/共20页,【例4】如图所示，重力不计的带电粒子在匀强磁场里按图示径迹运,7,【,例,5】(,2011,高考广东卷,),如图,(a),所示，在以,O,为圆心，内外半径分别为,R,1,和,R,2,的圆环区域内，存在辐射状电场和垂直纸面的匀强磁场，内外圆间的电势差,U,为常量，,R,1,R,0,，,R,2,3,R,0,.,一电荷量为,q,，质量为,m,的粒子从内圆上的,A,点进入该区域,不计重力,(1),已知粒子从外圆上以速度,v,1,射出，求粒子在,A,点的初速度,v,0,的大小,第8页/共20页,【例5】(2011高考广东卷)如图(a)所示，在以O为圆心,8,(2),若撤去电场，如图,(b),所示，已知粒子从,OA,延长线与外圆的交点,C,以速度,v,2,射出，方向与,OA,延长线成,45,角，求磁感应强度的大小及粒子在磁场中运动的时间,(3),在图,(b),中，若粒子从,A,点进入磁场，速度大小为,v,3,，方向不确定，要使粒子一定能够从外圆射出，磁感应强度应小于多少？,第9页/共20页,(2)若撤去电场，如图(b)所示，已知粒子从OA延长线与外圆,9,第10页/共20页,第10页/共20页,10,答案：见解析,第11页/共20页,答案：见解析第11页/共20页,11,三、带电粒子在组合场中的运动,(1),根据区域和运动规律的不同，将粒子运动的过程划分为 几个不同的阶段，对不同的阶段选取不同的规律处理。,(2),带电粒子的运动问题，往往是由粒子在电场和磁场中的两个运动“连接”而成，因此对粒子经过连接点的速度大小和方向的分析是衔接两个运动的关键，一般是解题的突破口,(3)“,对称性”是带电粒子在复合场中运动问题经常呈现的一个特点，成为解题的另一突破口,第12页/共20页,三、带电粒子在组合场中的运动第12页/共20页,12,【,例,6,】,（,2013,北京）如图所示，两平行金属板间距为,d,，电势差为,U,，板间电场可视为匀强电场；金属板下方有一磁感应强度为,B,的匀强磁场。带电量为,+q,、质量为,m,的粒子，由静止开始从正极板出发，经电场加速后射出，并进入磁场做匀速圆周运动。忽略重力的影响，求：匀强电场场强,E,的大小；,粒子从电场射出时速度,的大小；,粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径,R,。,+,+q,m,d,O,B,+,U,第13页/共20页,+qmdOB+U第13页/共20页,13,【,例,7】,（,10,年广东）如图,16,（,a,）所示，左为某同学设想的粒,子速度选择装置，由水平转轴及两个薄盘,N,1,、,N,2,构成，两盘面平行且与转轴垂直，相距为,L,，盘上各开一狭缝，两狭缝夹角可调（如图,16,（,b,）；右为水平放置的长为,d,的感光板，板的正上方有一匀强磁场，方向垂直纸面向外，磁感应强度为,B.,一小束速度不同、带正电的粒子沿水平方向射入,N,1,，能通过,N,2,的粒子经,O,点垂直进入磁场。,O,到感光板的距离为,，粒子电荷量为,q,质量为,m,不计重力。,（,1,）若两狭缝平行且盘静止（如图,16,（,c,），某一粒子进入磁场后，竖直向下打在感光板中心点,M,上，求该粒子在磁场中运动的时间,t;,（,2,）若两狭缝夹角为,0,，盘匀速转动，转动方向如图,16,（,b,）,.,要使穿过,N,1,、,N,2,的粒子均打到感光板,P,1,、,P,2,连线上，试分析盘转动角速度,的取值范围（设通过,N,1,的所有粒子在盘转一圈的时间内都能到达,N,2,）。,第14页/共20页,【例7】（10年广东）如图16（a）所示，左为某同学设想的粒,14,三、带电粒子在复合场中的运动,带电粒子在复合场中的运动是高考考查分析能力、推理能力、空间想象能力和运用数学知识解决物理问题能力的重要载体,是高考的热点和重点解决这类问题，受力分析、运动分析是关键，结合几何知识，应用牛顿定律、运动学知识、圆周运动问题及功能关系综合求解,第15页/共20页,三、带电粒子在复合场中的运动第15页/共20页,15,处理带电体在复合场中的运动问题应注意以下几点：,(1),受力分析是基础，在受力分析时要注意题目的条件如重力是否考虑等。,(2),运动分析是关键。在运动分析过程中要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。比如不计重力的带电粒子在电场和磁场中做直线运动时一定是匀速直线运动；在混合场内做匀速圆周运动时电场力与重力的合力一定为零。,第16页/共20页,处理带电体在复合场中的运动问题应注意以下几点：第16页/共2,16,四、带电粒子在叠加场（混合场）中的运动,【,例,8】,（,2012,四川）如图所示，,ABCD,为固定在竖直平面内的轨道，,AB,段光滑水平，,BC,段为光滑圆弧，对应的圆心角,=37,0,，半径,r=2.5m,，,CD,段平直倾斜且粗糙，各段轨道均平滑连接，倾斜轨道所在区域有场强大小为,E=210,5,N/C,、方向垂直于余轨向下的匀强电场。质量,m,=510,-2,kg,、电荷量,q,=+110,-6,C,的小物体（视为质点）被弹簧枪发射后，沿水平轨道向左滑行，在,C,点以速度,v,0,=3m/s,冲上斜轨。以小物体通过,C,点时为计时起点，,0.1s,以后，场强大小不变，方向反向。已知斜轨与小物体间的动摩擦因数,=0.25,。设小物体的电荷量保持不变，取,g,=10m/s,2,，,sin37,0,=0.6,，,cos37,0,=0.8,（,1,）求弹簧枪对小物体所做的功；,（,2,）在斜轨上小物体能到达的最高点为,P,，示,CP,的长度。,A,B,O,E,D,C,r,弹簧枪,第17页/共20页,四、带电粒子在叠加场（混合场）中的运动【例8】（2012四川,17,五、带电粒子在变化的电场和磁场中的运动问题分析,【,例,9】,如图甲所示，水平直线,MN,下方有竖直向上的匀强电场，场强,E,10,4,N,C,。现将一重力不计、比荷,10,6,C,kg,的正电荷从电场中的,O,点由静止释放，经过,t,0,110,5,s,后，通过,MN,上的,P,点进入其上方的匀强磁场。磁场方向垂直于纸面向外，以电荷第一次通过,MN,时开始计时，磁感应强度按图乙所示规律周期性变化。,第18页/共20页,五、带电粒子在变化的电场和磁场中的运动问题分析【例9】如图甲,18,（,1,）求电荷进入磁场时的速度,v,0,；,（,2,）求图乙中,t,210,5,s,时刻电荷与,P,点的距离；,（,3,）如果在,P,点右方,d,105 cm,处有一垂直于,MN,的足够大的挡板，求电荷从,O,点出发运动到挡板所需的时间。,第19页/共20页,（1）求电荷进入磁场时的速度v0；第19页/共20页,19,感谢您的观赏！,第20页/共20页,感谢您的观赏！第20页/共20页,20,