高中物理 第3章 專題 帶電粒子在復合場中的運動課件 新人教版選修3-1.ppt

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第三章磁場 專題帶電粒子在復合場中的運動 1 理解帶電粒子在電場中和磁場中運動的不同點 2 會分析帶電粒子在復合場中的運動 要點一帶電粒子在復合場中運動規(guī)律1 復合場指重力場 磁場和電場并存 或其中某兩場并存 或分區(qū)域存在 粒子連續(xù)運動時 一般要同時考慮重力 洛倫茲力和靜電力的作用 2 三種場的不同特點比較 3 運動情況分析 1 當帶電體所受合外力為零時 將處于靜止或勻速直線運動狀態(tài) 2 當帶電體做勻速圓周運動時 洛倫茲力提供向心力 其余各力的合力必為零 3 當帶電體所受合力大小與方向均變化時 將做非勻變速曲線運動 這類問題一般只能用能量關系來處理 帶電粒子在復合場中運動時 重力是恒力 電場力可能是恒力 勻強電場 也可能是變力 非勻強電場 若帶電粒子做勻速直線運動 洛倫茲力一般為恒力 若做曲線運動 洛倫茲力一定是變力 要點二帶電粒子在組合場中的運動1 帶電粒子在勻強電場和勻強磁場中偏轉(zhuǎn)的區(qū)別 2 在電場和磁場組合而成的組合場中的運動帶電粒子分別在兩個區(qū)域中做類平拋和勻速圓周運動 通過連接點的速度將兩種運動聯(lián)系起來 一般可用類平拋和勻速圓周運動的規(guī)律求解 另外 準確畫好運動軌跡圖是解題的關鍵 2014 日照一模 靜止于A處的離子 經(jīng)加速電場加速后沿圖中圓弧虛線通過靜電分析器 并從P點垂直CF進入矩形區(qū)域的有界勻強磁場 靜電分析器通道內(nèi)有均勻輻射分布的電場 已知圓弧虛線的半徑為R 其所在處場強為E 方向如圖所示 離子質(zhì)量為m 電荷量為q QF a PF 1 5a 磁場方向垂直紙面向里 離子重力不計 1 求加速電場的電壓U 2 若離子能最終打在QF上 求磁感應強度B的取值范圍 2 如圖所示 方法總結(jié) 解決電磁場問題把握三點 1 明確電磁場偏轉(zhuǎn)知識及磁場中做圓周運動的對稱性知識 2 畫軌跡示意圖 明確運動性質(zhì) 3 注意兩個場中運動的聯(lián)系 變式訓練1 1 答案 1 見解析 2 R 0 4m 3 Ek 7 68 10 18J 答案 D 方法總結(jié) 由于洛倫茲力永不做功 所以除洛倫茲力外的其他力做功的代數(shù)和必須為零 才能保證帶電粒子動能不變 做勻速圓周運動 若除洛倫茲力外的其他力為恒定的力 則其他力的矢量和必為零 如圖甲所示 寬度為d的豎直狹長區(qū)域內(nèi) 邊界為L1 L2 存在垂直紙面向里的勻強磁場和豎直方向上的周期性變化的電場 如圖乙所示 電場強度的大小為E0 E 0表示電場方向豎直向上 t 0時 一帶正電 質(zhì)量為m的微粒從左邊界上的N1點以水平速度v射入該區(qū)域 沿直線運動到Q點后 做一次完整的圓周運動 再沿直線運動到右邊界上的N2點 Q為線段N1N2的中點 重力加速度為g 上述d E0 m v g為已知量 變式訓練2 1 1 求微粒所帶電荷量q和磁感應強度B的大小 2 求電場變化的周期T 3 改變寬度d 使微粒仍能按上述運動過程通過相應寬度的區(qū)域 求T的最小值 答案 見解析 2014 廣東模擬 如圖所示 在一根一端封閉 內(nèi)壁光滑的直管MN內(nèi)有一個帶正電的小球 空間中充滿豎直向下的勻強磁場 開始時 直管水平放置 且小球位于管的封閉端M處 現(xiàn)使直管沿水平方向向右勻速運動 經(jīng)一段時間后小球到達管的開口端N處 在小球從M到N的過程中 A 磁場對小球不做功B 直管對小球做正功C 小球所受磁場力的方向不變D 小球的運動軌跡是一直線 解析 洛倫茲力始終與小球的運動方向垂直 不做功 故A選項正確 分析運動過程中小球的受力 重力 洛倫茲力 管對球的彈力 小球水平運動重力不做功 洛倫茲力不做功 小球運動到N點增加了M到N方向上的速度 動能增加 根據(jù)動能定理可知管對小球的彈力做正功 故B選項正確 開始運動時 小球存在水平向右的速度v0 洛倫茲力大小恒為qv0B 方向與速度v0垂直 由M到N 這樣產(chǎn)生了M到N方向的速度v1 小球在水平向右的方向做勻速直線運動 在M到N的方向上做勻加速直線運動 即類平拋運動 運動的軌跡是拋物線 洛倫茲力與速度方向垂直 速度不斷變化 洛倫茲力方向不斷變化 故C D選項錯誤 答案 AB 方法總結(jié) 帶電體受力的動態(tài)分析方法是 1 進行受力分析 2 明確各量的動態(tài)變化 找出臨界狀態(tài) 3 選擇平衡條件 牛頓第二定律 運動學等相關知識進行求解 2015 邯鄲聯(lián)考 一質(zhì)量為m 電荷量為 q的圓環(huán) 可在水平放置的足夠長的粗糙細桿上滑動 細桿處于磁感應強度為B的勻強磁場中 現(xiàn)給圓環(huán)向右的初速度v0 以后的運動過程中圓環(huán)運動的速度圖象可能是 變式訓練3 1 解析 小環(huán)受到向下的重力 向上的洛倫茲力和支持力作用 當qvB mg時 小環(huán)做勻速運動 A選項正確 當qvB mg時 FN qvB mg 摩擦力提供加速度 FN ma 小環(huán)做加速度逐漸減小的減速運動 直到qvB mg時 小環(huán)開始做勻速運動 D選項正確 當qvB mg時 FN mg qvB FN ma 小環(huán)做加速度逐漸增大的減速運動 直至停止 其v t圖象的斜率應該逐漸增大 B C選項錯誤 答案 AD 1 2014 汕頭模擬 如圖 初速度可忽略 質(zhì)量相同 電量分別為q和3q的粒子P和M 經(jīng)電壓為U的電場加速后 垂直進入方向垂直紙面向里的勻強磁場區(qū)域 不計粒子重力 下列表述正確的是 A P和M離開電場區(qū)域時的動能相同B P和M在電場中運動時的加速度之比為1 3C P在磁場中運動的半徑較大D M在磁場中運動的周期較大 答案 BC 3 如圖所示 一個帶電的小球從P點自由下落 P點距場區(qū)邊界MN高為h 邊界MN下方有方向豎直向下 電場強度為E的勻強電場 同時還有垂直于紙面的勻強磁場 小球從邊界上的a點進入電場與磁場的復合場后 恰能做勻速圓周運動 并從邊界上的b點穿出 已知ab L 求 1 小球的帶電性質(zhì)及其電荷量與質(zhì)量的比值 2 該勻強磁場的磁感應強度B的大小和方向 3 小球從P經(jīng)a至b時 共需時間為多少 解析 帶電粒子在復合場中做勻速圓周運動 則重力和電場力平衡 洛倫茲力提供做圓周運動的向心力 1 重力和電場力平衡 電場力方向向上 電場方向向下 則為負電荷 由mg Eq 比荷q m g E