高中物理 第3章 专题 带电粒子在复合场中的运动课件 新人教版选修3-1.ppt

第三章磁场 专题带电粒子在复合场中的运动 1 理解带电粒子在电场中和磁场中运动的不同点 2 会分析带电粒子在复合场中的运动 要点一带电粒子在复合场中运动规律1 复合场指重力场 磁场和电场并存 或其中某两场并存 或分区域存在 粒子连续运动时 一般要同时考虑重力 洛伦兹力和静电力的作用 2 三种场的不同特点比较 3 运动情况分析 1 当带电体所受合外力为零时 将处于静止或匀速直线运动状态 2 当带电体做匀速圆周运动时 洛伦兹力提供向心力 其余各力的合力必为零 3 当带电体所受合力大小与方向均变化时 将做非匀变速曲线运动 这类问题一般只能用能量关系来处理 带电粒子在复合场中运动时 重力是恒力 电场力可能是恒力 匀强电场 也可能是变力 非匀强电场 若带电粒子做匀速直线运动 洛伦兹力一般为恒力 若做曲线运动 洛伦兹力一定是变力 要点二带电粒子在组合场中的运动1 带电粒子在匀强电场和匀强磁场中偏转的区别 2 在电场和磁场组合而成的组合场中的运动带电粒子分别在两个区域中做类平抛和匀速圆周运动 通过连接点的速度将两种运动联系起来 一般可用类平抛和匀速圆周运动的规律求解 另外 准确画好运动轨迹图是解题的关键 2014 日照一模 静止于A处的离子 经加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器 并从P点垂直CF进入矩形区域的有界匀强磁场 静电分析器通道内有均匀辐射分布的电场 已知圆弧虚线的半径为R 其所在处场强为E 方向如图所示 离子质量为m 电荷量为q QF a PF 1 5a 磁场方向垂直纸面向里 离子重力不计 1 求加速电场的电压U 2 若离子能最终打在QF上 求磁感应强度B的取值范围 2 如图所示 方法总结 解决电磁场问题把握三点 1 明确电磁场偏转知识及磁场中做圆周运动的对称性知识 2 画轨迹示意图 明确运动性质 3 注意两个场中运动的联系 变式训练1 1 答案 1 见解析 2 R 0 4m 3 Ek 7 68 10 18J 答案 D 方法总结 由于洛伦兹力永不做功 所以除洛伦兹力外的其他力做功的代数和必须为零 才能保证带电粒子动能不变 做匀速圆周运动 若除洛伦兹力外的其他力为恒定的力 则其他力的矢量和必为零 如图甲所示 宽度为d的竖直狭长区域内 边界为L1 L2 存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场 如图乙所示 电场强度的大小为E0 E 0表示电场方向竖直向上 t 0时 一带正电 质量为m的微粒从左边界上的N1点以水平速度v射入该区域 沿直线运动到Q点后 做一次完整的圆周运动 再沿直线运动到右边界上的N2点 Q为线段N1N2的中点 重力加速度为g 上述d E0 m v g为已知量 变式训练2 1 1 求微粒所带电荷量q和磁感应强度B的大小 2 求电场变化的周期T 3 改变宽度d 使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域 求T的最小值 答案 见解析 2014 广东模拟 如图所示 在一根一端封闭 内壁光滑的直管MN内有一个带正电的小球 空间中充满竖直向下的匀强磁场 开始时 直管水平放置 且小球位于管的封闭端M处 现使直管沿水平方向向右匀速运动 经一段时间后小球到达管的开口端N处 在小球从M到N的过程中 A 磁场对小球不做功B 直管对小球做正功C 小球所受磁场力的方向不变D 小球的运动轨迹是一直线 解析 洛伦兹力始终与小球的运动方向垂直 不做功 故A选项正确 分析运动过程中小球的受力 重力 洛伦兹力 管对球的弹力 小球水平运动重力不做功 洛伦兹力不做功 小球运动到N点增加了M到N方向上的速度 动能增加 根据动能定理可知管对小球的弹力做正功 故B选项正确 开始运动时 小球存在水平向右的速度v0 洛伦兹力大小恒为qv0B 方向与速度v0垂直 由M到N 这样产生了M到N方向的速度v1 小球在水平向右的方向做匀速直线运动 在M到N的方向上做匀加速直线运动 即类平抛运动 运动的轨迹是抛物线 洛伦兹力与速度方向垂直 速度不断变化 洛伦兹力方向不断变化 故C D选项错误 答案 AB 方法总结 带电体受力的动态分析方法是 1 进行受力分析 2 明确各量的动态变化 找出临界状态 3 选择平衡条件 牛顿第二定律 运动学等相关知识进行求解 2015 邯郸联考 一质量为m 电荷量为 q的圆环 可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动 细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中 现给圆环向右的初速度v0 以后的运动过程中圆环运动的速度图象可能是 变式训练3 1 解析 小环受到向下的重力 向上的洛伦兹力和支持力作用 当qvB mg时 小环做匀速运动 A选项正确 当qvB mg时 FN qvB mg 摩擦力提供加速度 FN ma 小环做加速度逐渐减小的减速运动 直到qvB mg时 小环开始做匀速运动 D选项正确 当qvB mg时 FN mg qvB FN ma 小环做加速度逐渐增大的减速运动 直至停止 其v t图象的斜率应该逐渐增大 B C选项错误 答案 AD 1 2014 汕头模拟 如图 初速度可忽略 质量相同 电量分别为q和3q的粒子P和M 经电压为U的电场加速后 垂直进入方向垂直纸面向里的匀强磁场区域 不计粒子重力 下列表述正确的是 A P和M离开电场区域时的动能相同B P和M在电场中运动时的加速度之比为1 3C P在磁场中运动的半径较大D M在磁场中运动的周期较大 答案 BC 3 如图所示 一个带电的小球从P点自由下落 P点距场区边界MN高为h 边界MN下方有方向竖直向下 电场强度为E的匀强电场 同时还有垂直于纸面的匀强磁场 小球从边界上的a点进入电场与磁场的复合场后 恰能做匀速圆周运动 并从边界上的b点穿出 已知ab L 求 1 小球的带电性质及其电荷量与质量的比值 2 该匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向 3 小球从P经a至b时 共需时间为多少 解析 带电粒子在复合场中做匀速圆周运动 则重力和电场力平衡 洛伦兹力提供做圆周运动的向心力 1 重力和电场力平衡 电场力方向向上 电场方向向下 则为负电荷 由mg Eq 比荷q m g E