高考物理大一轮复习 第九章 磁场 能力课2 带电粒子在复合场中的运动问题课件 粤教版

能力课能力课(2)带电粒子在带电粒子在复合场中的运动问题复合场中的运动问题角度角度1带电粒子在复合场中运动的应用实例带电粒子在复合场中运动的应用实例图图1A11 B12 C121 D144解析解析设质子的质量和电荷量分别为设质子的质量和电荷量分别为m1、q1，一价正离子的质，一价正离子的质量和电荷量为量和电荷量为m2、q2。对于任意粒子，在加速电场中，由动能。对于任意粒子，在加速电场中，由动能定理得定理得答案答案D图图2答案答案AC图图3答案答案CD解决实际问题的一般过程：解决实际问题的一般过程：方法技巧方法技巧角度角度2带电粒子在组合场中的运动带电粒子在组合场中的运动“磁偏转磁偏转”和和“电偏转电偏转”的比较的比较电偏转电偏转磁偏转磁偏转偏转条件偏转条件带电粒子以带电粒子以vE进入匀进入匀强电场强电场(不计重力不计重力)带电粒子以带电粒子以vB进入匀进入匀强磁场强磁场(不计重力不计重力)受力情况受力情况 只受恒定的电场力只受恒定的电场力FEq只受大小恒定的洛伦兹只受大小恒定的洛伦兹力力FqvB运动情况运动情况类平抛运动类平抛运动匀速圆周运动匀速圆周运动图图4 (1)粒子在磁场中运动的轨道半径粒子在磁场中运动的轨道半径r和速度大小和速度大小v1； (2)匀强电场的电场强度大小匀强电场的电场强度大小E； (3)粒子从开始到第三次经过粒子从开始到第三次经过x轴的时间轴的时间t总总。解析解析(1)根据题意可知，大致画出粒子在复合场中的运动轨根据题意可知，大致画出粒子在复合场中的运动轨迹，如图所示：迹，如图所示：【拓展延伸【拓展延伸1】改变电场方向改变电场方向将【将【模拟示例模拟示例2】中】中x轴下方的匀强电场方向改成与轴下方的匀强电场方向改成与x轴负方轴负方向成向成45角，如图角，如图5所示，若粒子沿平行电场线方向进入电所示，若粒子沿平行电场线方向进入电场，且粒子沿电场线移动的最大距离为场，且粒子沿电场线移动的最大距离为h，求：，求：图图5(1)匀强电场的电场强度大小匀强电场的电场强度大小E；(2)粒子从开始到第三次经过粒子从开始到第三次经过x轴的时间轴的时间t。解析解析(1)带电粒子运动轨迹如图所示：带电粒子运动轨迹如图所示：【拓展延伸【拓展延伸2】改变释放点的位置改变释放点的位置 将【将【模拟示例模拟示例2】中的带电粒子在】中的带电粒子在a(2h，2h)点由静止释放，点由静止释放，粒子第二次经过粒子第二次经过x轴时恰好过坐标原点轴时恰好过坐标原点O。求：。求：图图6(1)匀强电场的电场强度；匀强电场的电场强度；(2)粒子从开始运动到第五次经过粒子从开始运动到第五次经过x轴时的时间。轴时的时间。解析解析(1)粒子运动轨迹如图所示：粒子运动轨迹如图所示：“5步步”突破带电粒子在组合场中的运动问题突破带电粒子在组合场中的运动问题方法技巧方法技巧图图7(1)电场强度大小与磁感应强度大小的比值；电场强度大小与磁感应强度大小的比值； (2)该粒子在电场中运动的时间。该粒子在电场中运动的时间。解析解析(1)如图，粒子进入磁场后做匀速圆周运如图，粒子进入磁场后做匀速圆周运动。设磁感应强度的大小为动。设磁感应强度的大小为B，粒子质量与所带，粒子质量与所带电荷量分别为电荷量分别为m和和q，圆周运动的半径为，圆周运动的半径为R0。由。由洛伦兹力公式及牛顿第二定律得洛伦兹力公式及牛顿第二定律得角度角度3带电粒子在叠加场中的运动带电粒子在叠加场中的运动1磁场力、重力并存磁场力、重力并存 (1)若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动。若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动。 (2)若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂的曲线运动，若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂的曲线运动，因洛伦兹力不做功，故机械能守恒。因洛伦兹力不做功，故机械能守恒。2电场力、磁场力并存电场力、磁场力并存(不计重力不计重力)(1)若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动。若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动。 (2)若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体做复杂的曲线运动，若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体做复杂的曲线运动，可用动能定理求解。可用动能定理求解。3电场力、磁场力、重力并存电场力、磁场力、重力并存(1)若三力平衡，带电体做匀速直线运动。若三力平衡，带电体做匀速直线运动。(2)若重力与电场力平衡，带电体做匀速圆周运动。若重力与电场力平衡，带电体做匀速圆周运动。(3)若合力不为零，带电体可能做复杂的曲线运动，可用能量若合力不为零，带电体可能做复杂的曲线运动，可用能量守恒定律或动能定理求解。守恒定律或动能定理求解。图图8(1)小球做匀速直线运动的速度小球做匀速直线运动的速度v的大小和方向；的大小和方向；(2)从撤掉磁场到小球再次穿过从撤掉磁场到小球再次穿过P点所在的这条电场线经历的时点所在的这条电场线经历的时间间t。图图9(1)求小滑块运动到求小滑块运动到C点时的速度大小点时的速度大小vC；(2)求小滑块从求小滑块从A点运动到点运动到C点过程中克服摩擦力做的功点过程中克服摩擦力做的功Wf；(3)若若D点为小滑块在电场力、洛伦兹力及重力作用下运动过程点为小滑块在电场力、洛伦兹力及重力作用下运动过程中速度最大的位置，当小滑块运动到中速度最大的位置，当小滑块运动到D点时撤去磁场，此后小点时撤去磁场，此后小滑块继续运动到水平地面上的滑块继续运动到水平地面上的P点。已知小滑块在点。已知小滑块在D点时的速度点时的速度大小为大小为vD，从，从D点运动到点运动到P点的时间为点的时间为t，求小滑块运动到，求小滑块运动到P点时点时速度的大小速度的大小vP。带电粒子在叠加场中运动的处理方法带电粒子在叠加场中运动的处理方法方法技巧方法技巧1(多选多选)如图如图10所示，匀强磁场方向垂直纸面向里，匀强电场所示，匀强磁场方向垂直纸面向里，匀强电场方向竖直向下，有一正离子恰能沿直线从左向右水平飞越此方向竖直向下，有一正离子恰能沿直线从左向右水平飞越此区域。不计重力，则区域。不计重力，则()图图10A若电子从右向左飞入，电子也沿直线运动若电子从右向左飞入，电子也沿直线运动B若电子从右向左飞入，电子将向上偏转若电子从右向左飞入，电子将向上偏转C若电子从左向右飞入，电子将向下偏转若电子从左向右飞入，电子将向下偏转D若电子从左向右飞入，电子也沿直线运动若电子从左向右飞入，电子也沿直线运动解析解析若电子从右向左飞入，电场力向上，洛伦兹力也向上，若电子从右向左飞入，电场力向上，洛伦兹力也向上，所以向上偏，所以向上偏，B选项正确；若电子从左向右飞入，电场力向上，选项正确；若电子从左向右飞入，电场力向上，洛伦兹力向下。由题意知电子受力平衡将做匀速直线运动，洛伦兹力向下。由题意知电子受力平衡将做匀速直线运动，D选选项正确。项正确。答案答案BD2. (2016北京东城区模拟北京东城区模拟)如图如图11所示，一束质量、速度和电荷所示，一束质量、速度和电荷量不全相等的离子，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成量不全相等的离子，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后，进入另一个匀强磁场中并分裂为的速度选择器后，进入另一个匀强磁场中并分裂为A、B两束，两束，下列说法中正确的是下列说法中正确的是()图图11A组成组成A束和束和B束的离子都带负电束的离子都带负电B组成组成A束和束和B束的离子质量一定不同束的离子质量一定不同CA束离子的比荷大于束离子的比荷大于B束离子的比荷束离子的比荷D速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外答案答案C图图12A它们的最大速度相同它们的最大速度相同B它们的最大动能相同它们的最大动能相同C两次所接高频电源的频率不相同两次所接高频电源的频率不相同D仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能答案答案A4如图如图13所示，实线表示在竖直平面内的电场线，电场线与水所示，实线表示在竖直平面内的电场线，电场线与水平方向成平方向成角，水平方向的匀强磁场与电场正交，有一带电液角，水平方向的匀强磁场与电场正交，有一带电液滴沿斜向上的虚线滴沿斜向上的虚线L做直线运动，做直线运动，L与水平方向成与水平方向成角，且角，且，则下列说法中错误的是，则下列说法中错误的是()图图13A液滴一定做匀速直线运动液滴一定做匀速直线运动B液滴一定带正电液滴一定带正电C电场线方向一定斜向上电场线方向一定斜向上D液滴有可能做匀变速直线运动液滴有可能做匀变速直线运动解析带电液滴做直线运动，且受到洛伦兹力的作用，这种直解析带电液滴做直线运动，且受到洛伦兹力的作用，这种直线运动必为匀速直线运动，如果液滴的运动是变加速直线运动，线运动必为匀速直线运动，如果液滴的运动是变加速直线运动，则合力必与该直线共线，不管速度大小如何变化，所受洛伦兹则合力必与该直线共线，不管速度大小如何变化，所受洛伦兹力大小必变化，所受合力将与直线力大小必变化，所受合力将与直线L不再共线。液滴受力平衡，不再共线。液滴受力平衡，洛伦兹力必然垂直于直线向上，据洛伦兹力的方向及磁场方向洛伦兹力必然垂直于直线向上，据洛伦兹力的方向及磁场方向可以判断液滴带正电，要想受力平衡，电场力方向必沿实线向可以判断液滴带正电，要想受力平衡，电场力方向必沿实线向上，上，D项错误。项错误。答案答案D5(2016广东九校联考广东九校联考)如图如图14所示，水平放置的两块长直平行所示，水平放置的两块长直平行金属板金属板a、b相距相距d0.10 m，a、b间的电场强度间的电场强度E5.0105N/C，b板下方整个空间存在着磁感应强度大小为板下方整个空间存在着磁感应强度大小为B0.6 T、方向垂直纸面向里的匀强磁场。今有一质量为、方向垂直纸面向里的匀强磁场。今有一质量为m4.81025 kg、电荷量为、电荷量为q1.61018 C的带正电的粒子的带正电的粒子(不不计重力计重力)，从贴近，从贴近a板的左端以板的左端以v01.0106 m/s的初速度水平的初速度水平射入匀强电场，刚好从狭缝射入匀强电场，刚好从狭缝P处穿过处穿过b板而垂直进入匀强磁场，板而垂直进入匀强磁场，最后粒子回到最后粒子回到b板的板的Q处处(图中未画出图中未画出)。求：。求：(1)判断判断a、b两板间电场强度的方向；两板间电场强度的方向；(2)求粒子到达求粒子到达P处的速度与水平方向的夹角处的速度与水平方向的夹角；(3)求求P、Q之间的距离之间的距离L(结果可保留根号结果可保留根号)。图图14(3)粒子在磁场中做匀速圆周运动，设圆心为粒子在磁场中做匀速圆周运动，设圆心为O，半径为，半径为r，如图，如图所示，所示，