2019_20学年高中物理第三章磁场微型专题10带电粒子在组合场、叠加场中的运动课件粤教版.pptx

微型专题10 带电粒子在组合场、叠加场中的运动,第三章 磁 场,物理观念： 1.知道组合场是电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠. 2.叠加场是指某区域同时存在电场、磁场和重力场中的两个或者三个，也叫复合场. 科学思维： 1.知道组合场问题一般可以按时间的先后顺序分成若干个小过程，在每一个小过程中对粒子进行分析. 2.叠加场问题要弄清叠加场的组成，结合运动情况和受力情况分析粒子的运动.,学科素养与目标要求,NEIRONGSUOYIN,内容索引,重点探究,达标检测,微型专题练,启迪思维 探究重点,检测评价 达标过关,克难解疑 精准高效,重点探究,带电粒子在电场、磁场组合场中的运动是指粒子从电场到磁场或从磁场到电场的运动.通常按时间的先后顺序分成若干个小过程，在每一运动过程中从粒子的受力性质、受力方向和速度方向的关系入手，分析粒子在电场中做什么运动，在磁场中做什么运动. (1)在匀强电场中运动： 若初速度v0与电场线平行，粒子做匀变速直线运动； 若初速度v0与电场线垂直，粒子做类平抛运动. (2)在匀强磁场中运动： 若初速度v0与磁感线平行，粒子做匀速直线运动； 若初速度v0与磁感线垂直，粒子做匀速圆周运动.,一、带电粒子在组合场中的运动,(3)解决带电粒子在组合场中的运动问题，所需知识如下：,例1 (2018安徽师大附中期末)如图1所示，在平面直角坐标系xOy内，第、象限内存在沿y轴正方向的匀强电场，第、象限内存在半径为L的圆形匀强磁场，磁场圆心在M(L,0)点，磁场方向垂直于坐标平面向外.一带正电粒子从第象限中的Q(2L，L)点以速度v0沿x轴正方向射入，恰好从坐标原点O进入磁场，从P(2L,0)点射出磁场，不计粒子重力，求： (1)电场强度与磁感应强度大小的比值；,图1,解析 设粒子的质量和所带电荷量分别为m和q，粒子在电场中运动，由平抛运动规律及牛顿运动定律得，2Lv0t1，L at12，qEma,粒子到达O点时沿y方向的分速度为vyat1v0，,(2)粒子在磁场与电场中运动时间的比值.,针对训练 (2017天津理综)平面直角坐标系xOy中，第象限存在垂直于平面向里的匀强磁场，第象限存在沿y轴负方向的匀强电场，如图2所示.一带负电的粒子从电场中的Q点以速度v0沿x轴正方向开始运动.Q点到y轴的距离为到x轴距离的2倍.粒子从坐标原点O离开电场进入磁场，最终从x轴上的P点射出磁场，P点到y轴距离与Q点到y轴距离相等.不计粒子重力，问： (1)粒子到达O点时速度的大小和方向；,图2,解析 在电场中，粒子做类平抛运动，设Q点到x轴距离为L，到y轴距离为2L，粒子的加速度为a，运动时间为t，有 2Lv0t L 设粒子到达O点时沿y轴方向的分速度为vy vyat 设粒子到达O点时速度方向与x轴正方向夹角为，有 tan 联立式得45 ,即粒子到达O点时速度方向与x轴正方向成45角斜向上. 设粒子到达O点时速度大小为v， 由运动的合成有,(2)电场强度和磁感应强度的大小之比.,解析 设电场强度为E，粒子所带电荷量为q，质量为m， 粒子在电场中受到的电场力为F，由牛顿第二定律可得 Fma 又FqE 设磁场的磁感应强度大小为B，粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R，所受的洛伦兹力提供向心力，有,学科素养 例1和针对训练考查了带电粒子在组合场中的运动，按时间的先后顺序分成若干个小过程，在每一个小过程中对粒子进行分析，在解题过程中，回顾了物理概念和规律，锻炼了从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系认识的能力，体现了“物理观念”、“科学思维”等学科素养.,带电粒子在叠加场中的运动一般有两种情况： (1)直线运动：如果带电粒子在叠加场中做直线运动，一定是做匀速直线运动，合力为零. (2)圆周运动：如果带电粒子在叠加场中做圆周运动，一定是做匀速圆周运动，重力和电场力的合力为零，洛伦兹力提供向心力.,二、带电粒子在叠加场中的运动,例2 (2018重庆一中高二上期中)如图3所示，空间中的匀强电场水平向右，匀强磁场垂直纸面向里，一带电微粒沿着直线从M运动到N，以下说法正确的是 A.带电微粒可能带负电 B.运动过程中带电微粒的动能保持不变 C.运动过程中带电微粒的电势能增加 D.运动过程中带电微粒的机械能守恒,图3,解析 根据做直线运动的条件和受力情况可知，微粒一定带正电，且做匀速直线运动，所以选项A错误； 由于电场力向右，对微粒做正功，电势能减小，但重力做负功，由于微粒做匀速直线运动，则合力做功为零，因此动能仍不变，选项B正确，C错误； 由能量守恒可知，电势能减小，机械能一定增加，所以选项D错误.,例3 如图4所示，在地面附近有一个范围足够大的相互正交的匀强电场和匀强磁场.匀强磁场的磁感应强度为B，方向水平并垂直纸面向外，一质量为m、带电荷量为q的带电微粒在此区域恰好做速度大小为v的匀速圆周运动.(重力加速度为g) (1)求此区域内电场强度的大小和方向；,图4,解析 要满足带负电微粒做匀速圆周运动，则：,(2)若某时刻微粒运动到场中距地面高度为H的P点，速度与水平方向成45角，如图所示.则该微粒至少需要经过多长时间才能运动到距地面最高点？最高点距地面多高？,解析 如图所示，当微粒第一次运动到最高点时，135，,达标检测,1,2,3,4,1.(带电粒子在叠加场中的运动)(多选)(2018扬州中学高二上期中)空间存在竖直向下的匀强电场和水平方向(垂直纸面向里)的匀强磁场，如图5所示，已知一离子在电场力和洛伦兹力共同作用下，从静止开始自A点沿曲线ACB运动，到达B点时速度为零，C为运动的最低点.不计重力，则 A.该离子带负电 B.A、B两点位于同一高度 C.到达C点时离子速度最大 D.离子到达B点后，将沿原曲线返回A点,图5,解析 离子开始受到电场力作用开始向下运动，可知电场力方向向下，则离子带正电，A错误； 根据动能定理知，洛伦兹力不做功，在A到B的过程中，动能变化为零，则电场力做功为零，A、B两点等电势，因为该电场是匀强电场，所以A、B两点位于同一高度，B正确； 根据动能定理得，离子运动到C点电场力做功最大，则速度最大，C正确； 只要将离子在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，离子就将在B点的右侧重现前面的曲线运动，因此，离子是不可能沿原曲线返回A点的，D错误.,1,2,3,4,2.(带电粒子在叠加场中的运动)(2017全国卷)如图6，空间某区域存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向上(与纸面平行)，磁场方向垂直于纸面向里，三个带正电的微粒a、b、c电荷量相等，质量分别为ma、mb、mc，已知在该区域内，a在纸面内做匀速圆周运动，b在纸面内向右做匀速直线运动，c在纸面内向左做匀速直线运动.下列选项正确的是 A.mambmc B.mbmamc C.mcmamb D.mcmbma,图6,1,2,3,4,解析 设三个微粒的电荷量均为q， a在纸面内做匀速圆周运动，说明洛伦兹力提供向心力，重力与电场力平衡，即magqE b在纸面内向右做匀速直线运动，三力平衡，则 mbgqEqvB c在纸面内向左做匀速直线运动，三力平衡，则 mcgqvBqE 比较式得：mbmamc，选项B正确.,1,2,3,4,3.(带电粒子在组合场中的运动)(2018长郡中学期末)如图7所示，某种带电粒子由静止开始经电压为U1的电场加速后，射入水平放置、电势差为U2的两块导体板间的匀强电场中，带电粒子沿平行于两板的方向从两板正中间射入，穿过两板后又垂直于磁场方向射入边界线竖直的匀强磁场中，则粒子射入磁场和射出磁场的M、N两点间的距离d随着U1和U2的变化情况为(不计重力，不考虑边缘效应) A.d随U1变化，d与U2无关 B.d与U1无关，d随U2变化 C.d随着U1、U2变化 D.d与U1无关，d与U2无关,图7,1,2,3,4,1,2,3,4,粒子在偏转电场中做类平抛运动，设粒子在偏转电场中的偏向角为，进入磁场时的速度为v，,而在磁场中做匀速圆周运动，设运动轨迹对应的半径为R，由几何关系可得，半径与直线MN夹角正好等于，,1,2,3,4,故d随U1变化，d与U2无关，故A正确，B、C、D错误.,4.(带电粒子在组合场中的运动)(2018深圳高中联盟高二上期末)如图8所示装置中，区域中有竖直向上的匀强电场，电场强度为E，区域中有垂直纸面向外的水平匀强磁场，磁感应强度为B，区域中有垂直纸面向里的水平匀强磁场，磁感应强度为2B.一质量为m、带电荷量为q的带负电粒子从左边界O点正上方的M点以速度v0水平射入匀强电场，经水平分界线OP上的A点与OP成60角射入区域的匀强磁场，并垂直竖直边界CD进入区域的匀强磁场中.(粒子重力不计，区域、足够大)求： (1)粒子在区域匀强磁场中运动的轨道半径；,1,2,3,4,图8,解析 粒子在匀强电场中做类平抛运动，设粒子过A点时速度为v，,1,2,3,4,粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得：,(2)O、A间的距离；,1,2,3,4,解析 设粒子在电场中的运动时间为t1，加速度为a，则有qEma v0tan 60at1，,(3)粒子从M点出发到第二次通过CD边界所经历的时间.,1,2,3,4,1,2,3,4,微型专题练,一、选择题 考点一 带电粒子在叠加场中的运动 1.如图1所示，竖直平面内，匀强电场方向水平向右，匀强磁场方向垂直于纸面向里，一质量为m、带电荷量为q的粒子以速度v与磁场方向垂直，与电场方向成45角射入复合场中，恰能做匀速直线运动，则关于电场强度E和磁感应强度B的大小，正确的是(重力加速度为g),图1,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 假设粒子带负电，则其所受电场力方向水平向左，洛伦兹力方向斜向右下方与v垂直，可以从力的平衡条件判断出这样的粒子不可能做匀速直线运动，所以粒子应带正电荷，受力情况如图所示. 根据合外力为零得 mgqvBsin 45 qEqvBcos 45,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,2.(多选)一带电小球在相互垂直的匀强电场、匀强磁场中做圆周运动，匀强电场竖直向上，匀强磁场水平且垂直纸面向里，如图2所示，下列说法正确的是 A.沿垂直纸面方向向里看，小球绕行方向为顺时针方向 B.小球一定带正电且小球的电荷量q C.由于洛伦兹力不做功，故小球运动过程中机械能守恒 D.由于合外力做功等于零，故小球运动过程中动能不变,图2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 带电小球在叠加场中，只有满足重力与电场力大小相等、方向相反，小球受的合力才只表现为洛伦兹力，洛伦兹力提供向心力，小球做匀速圆周运动，故小球所受电场力向上，小球带正电，小球受的洛伦兹力方向要指向圆心，由左手定则判断运动方向为逆时针，由mgqE可得q ，故A错误，B正确； 洛伦兹力不做功，但电场力做功，故机械能不守恒，故C错误； 由于合外力做功等于零，根据动能定理，小球在运动过程中动能不变，故D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,3.(多选)如图3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角，水平方向的匀强磁场与电场正交，有一带电液滴沿虚线L斜向上做直线运动，L与水平方向成角，且，则下列说法中正确的是 A.液滴一定做匀减速直线运动 B.液滴一定做匀加速直线运动 C.电场方向一定斜向上 D.液滴一定带正电,图3,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 带电液滴受竖直向下的重力G、平行于电场线方向的电场力F、垂直于速度方向的洛伦兹力F洛，带电液滴做直线运动，因此三个力的合力一定为零，带电液滴做匀速直线运动，故选项A、B错误. 当带电液滴带正电，且电场线方向斜向上时，带电液滴受竖直向下的重力、沿电场线向上的电场力、垂直于速度方向斜向左上方的洛伦兹力，这三个力的合力能够为零，使带电液滴沿虚线L做匀速直线运动；如果带电液滴带负电或电场线方向斜向下，带电液滴所受合力不为零，带电液滴不可能沿直线运动，故选项C、D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,考点二 带电粒子在组合场中的运动 4.(多选)如图4所示，A板发出的电子(重力不计)经加速后，水平射入水平放置的两平行金属板M、N间，M、N之间有垂直纸面向里的匀强磁场，电子通过磁场后最终打在荧光屏P上，关于电子的运动，下列说法中正确的是 A.滑动触头向右移动时，电子打在荧光屏的位置上升 B.滑动触头向右移动时，电子通过磁场区域所用时间 不变 C.若磁场的磁感应强度增大，则电子打在荧光屏上的速 度大小不变 D.若磁场的磁感应强度增大，则电子打在荧光屏上的速度变大,图4,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 当滑动触头向右移动时，电场的加速电压增大，加速后电子动能增大，进入磁场时的初速度增大，向下偏转程度变小，打在荧光屏的位置上升，在磁场中运动对应的圆心角变小，运动时间变短，选项A正确，B错误； 磁感应强度增大，电子在磁场中运动速度大小不变，打在荧光屏上的速度大小不变，选项C正确，D错误.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,5.如图5所示，有理想边界的匀强磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B，某带电粒子的比荷(电荷量与质量之比)大小为k，由静止开始经电压为U的电场加速后，从O点垂直射入磁场，又从P点穿出磁场.下列说法正确的是(不计粒子所受重力) A.如果只增加U，粒子可以从dP之间某位置穿出磁场 B.如果只减小B，粒子可以从ab边某位置穿出磁场 C.如果既减小U又增加B，粒子可以从bc边某位置穿出磁场 D.如果只增加k，粒子可以从dP之间某位置穿出磁场,图5,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,只增加U，r增大，粒子不可能从dP之间某位置穿出磁场，故A错误. 粒子电性不变，不可能向上偏转从ab边某位置穿出磁场，故B错误. 既减小U又增加B，r减小，粒子不可能从bc边某位置穿出磁场，故C错误. 只增加k，r减小，粒子可以从dP之间某位置穿出磁场，故D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,6.如图6所示，在x轴上方存在垂直于纸面向里且磁感应强度为B的匀强磁场，在x轴下方存在垂直于纸面向外且磁感应强度为 的匀强磁场.一带负电的粒子从原点O与x轴成30角斜向上射入磁场，且在x轴上方磁场中运动的半径为R.粒子重力不计，则 A.粒子经磁场偏转后一定能回到原点O B.粒子在x轴上方和下方磁场中运动的半径之比为21 C.粒子完成一次周期性运动的时间为 D.粒子第二次射入x轴上方磁场时，沿x轴前进了3R,图6,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,粒子第二次射入x轴上方磁场时，沿x轴前进了lR2R3R，则粒子经磁场偏转后不能回到原点O，选项A错误，D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,二、非选择题 7.(2018齐齐哈尔市期末)如图7所示的区域中，OM左边为垂直纸面向里的匀强磁场，右边是一个电场强度大小未知的匀强电场，其方向平行于OM，且垂直于磁场方向.一个质量为m、电荷量为q的带电粒子从小孔P以初速度v0沿垂直于磁场方向进入匀强磁场中，初速度方向与边界线的夹角60，粒子恰好从小孔C垂直于OC射入匀强电场，最后打在Q点，已知OCL，OQ2L，不计粒子的重力，求： (1)磁感应强度B的大小；,图7,解析 画出粒子运动的轨迹如图所示(O1为粒子在磁场中做圆周运动的圆心)：PO1C120,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,(2)电场强度E的大小.,解析 粒子在电场中做类平抛运动， 由牛顿第二定律得qEma 水平方向2Lv0t,8.(2016天津理综)如图8所示，空间中存在着水平向右的匀强电场，电场强度大小E5 N/C，同时存在着水平方向的匀强磁场，其方向与电场方向垂直，磁感应强度大小B0.5 T.有一带正电的小球，质量m1106 kg，电荷量q2106 C，正以速度v在图示的竖直面内做匀速直线运动，当经过P点时撤掉磁场(不考虑磁场消失引起的电磁感应现象)，取g10 m/s2，求： (1)小球做匀速直线运动的速度v的大小和方向；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,答案 20 m/s 方向与电场方向成60角斜向上,图8,解析 小球做匀速直线运动时受力如图，其所受的三个力在同一平面内，合力为零，,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,代入数据解得v20 m/s ,60 ,(2)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间t.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,答案 3.5 s,解析 撤去磁场后，由于电场力垂直于竖直方向，它对竖直方向的分运动没有影响，以P点为坐标原点，竖直向上为正方向，小球在竖直方向上做匀减速运动，其初速度为 vyvsin 若使小球再次穿过P点所在的电场线，仅需小球的竖直方向上分位移为零，,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,9.如图9所示，直角坐标系xOy位于竖直平面内，在水平的x轴下方存在匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度大小为B、方向垂直xOy平面向里，电场线平行于y轴.一质量为m、电荷量为q的带正电小球，从y轴上的A点水平向右抛出，经x轴上的M点进入电场和磁场区域，恰能做匀速圆周运动，从x轴上的N点第一次离开电场和磁场，MN之间的距离为L，小球过M点时的速度方向与x轴正方向夹角为.不计空气阻力，重力加速度为g，求： (1)电场强度E的大小和方向；,图9,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,1,2,3,4,5,6,7,8,