2014-2015学年高二物理专题课件《带电粒子在复合场中的运动》课件（新人教版选修31）

第三章 磁场,同步导学方案,课后强化演练,专题 带电粒子在复合场中的运动,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,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.,在平面直角坐标xOy中，第象限存在沿y轴负方向的匀强电场，第象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度为B.一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从y轴正半轴上的M点以速度v0垂直于y轴射入电场，经x轴上的N点与x轴正方向成60角射入磁场，最后从y轴负半轴上的P点垂直于y轴射出磁场，如图所示不计粒子重力，求,(1)M、N两点间的电势差UMN； (2)粒子在磁场中运动的轨道半径r； (3)粒子从M点运动到P点的总时间t.,【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,如右图所示，有界匀强磁场的磁感应强度B2103 T；磁场右边是宽度L0.2 m、场强E40 V/m、方向向左的匀强电场一带电粒子的电荷量q3.21019 C，质量m6.41027 kg，以v4104 m/s的速度沿OO垂直射入磁场，在磁场中偏转后进入右侧的电场，最后从电场右边界射出求：,(1)大致画出带电粒子的运动轨迹(画在给出的图中)； (2)带电粒子在磁场中运动的轨道半径； (3)带电粒子飞出电场时的动能Ek.,答案：(1)见解析 (2)R0.4 m (3)Ek7.681018 J,已知质量为m的带电液滴，以速度v射入互相垂直的匀强电场E和匀强磁场B中，液滴在此空间刚好能在竖直平面内做匀速圆周运动，如图所示求： (1)液滴在空间受到几个力作用； (2)液滴电性及带电荷量； (3)液滴做匀速圆周运动的半径多大,【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,(2010安徽理综)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，E0表示电场方向竖直向上t0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,(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,一个质量m0.1 g的小滑块，带有q5104 C的电荷，放置在倾角30的光滑斜面上(绝缘)，斜面置于B0.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图所示小滑块由静止开始沿斜面滑下，其斜面足够长，小滑块滑至某一位置时，要离开斜面求：,(1)小滑块带何种电荷？ (2)小滑块离开斜面的瞬时速度为多大？ (3)该斜面的长度至少为多长？(g取10 m/s2) 【解析】 (1)小滑块沿斜面下滑过程中，受重力mg、斜面支持力FN和洛伦兹力F，若要小滑块离开斜面，洛伦兹力F方向应垂直斜面向上，根据左手定则可知，小滑块应带有负电荷,【答案】 (1)小滑块应带有负电荷 (2)3.4 m/s (3)1.2 m,【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,如图1所示，套在很长的绝缘直棒上带电的小球，其质量为m、带电荷量为Q，小球可在棒上滑动，现将此棒竖直放在匀强电场和匀强磁场中，电场强度是E，磁感应强度是B，小球与棒的动摩擦因数为，求小球由静止沿棒下滑的最大加速度和最大速度,解析：对小球进行受力分析如图2a.可以看出：当摩擦力Ff0时，加速度最大 根据牛顿第二定律有：,1设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，已知一粒子在电场力和洛伦兹力的作用下，从静止开始自A点沿曲线ACB运动，到达B点时速度为零，C点是运动的最低点，忽略重力，以下说法正确的是( ),A粒子必带正电荷 BA点和B点位于同一高度 C粒子在C点时速度最大 D粒子到达B点后，将沿原曲线返回A点,解析：(1)平行板间电场方向向下，粒子由A点静止释放后在电场力的作用下向下运动，所以粒子必带正电荷，A正确(2)粒子具有速度后，它就在向下的电场力F及总与速度方向垂直的洛伦兹力F洛的作用下沿ACB做曲线运动，因洛伦兹力不做功，电场力做功等于动能的变化，而粒子到达B点时的速度为零，所以从A到B电场力所做正功与负功加起来为零,这说明粒子在电场中的B点与A点的电势能相等，即B点与A点位于同一高度，B正确(3)因C点为轨道最低点，粒子从A运动到C电场力做功最多，C点具有的动能最大，所以粒子在C点速度最大，C正确(4)只要将粒子在B点的状态与A点进行比较，就可以发现它们的状态(速度为零，电势能相等)相同，如果右侧仍有同样的电场和磁场的叠加区域，粒子就将在B的右侧重复前面的曲线运动，因此，粒子是不可能沿原曲线返回A点的 答案：ABC,2如图所示，在虚线所示宽度范围内，用电场强度为E的匀强电场可使初速度是v0的某种正离子偏转角在同样宽度范围内，若改用方向垂直纸面向外的匀强磁场，使该离子穿过该区域，并使偏转角也为，(不计离子的重力)求：,(1)匀强磁场的磁感应强度是多大？ (2)离子穿过电场和磁场的时间之比是多大？,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abL，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