高三物理二轮专题复习 第三章 6带电粒子在场中的运动教学设计 新人教版选修31.doc_第1页
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文档简介

带电粒子在场中的运动教学设计【教学目标】1掌握带电粒子在复合场中的运动分析的基本方法和思路。2了解带电粒子在复合场中运动的一些典型应用。【教学重点】粒子在复合场中的运动分析的基本方法和思路。【教学难点】电磁场复合时粒子运动问题的求解。【教学方法】探究、讲授、讨论、练习。【教学手段】多媒体教学。【教学用具】多媒体教学设备、投影仪。【教学过程】复习知识网络老师和学生一起逐条回顾处理不同运动形式的方法。明确复习目标1.通过复习,整合磁场基本知识,弄清楚带电粒子在磁场中运动的基本规律,掌握带电粒子在有界磁场中运动问题的基本处理方法;区分有边界磁场中圆心、半径、临界条件、周期和时间等问题的解决方法,并注意几何关系的灵活应用2.归纳总结复合场的基本知识,加强电场、磁场与力学知识的整合,分清带电粒子在不同叠加场、组合场中的运动形式和遵循的运动规律,特别弄清楚粒子在分区域场中的分阶段运动,总结出复合场问题的解题思路、解题方法、解题步骤。考情快报1.电荷守恒定律和库仑定律是电场中最基本的规律,是分析电场问题的基础,在高考中,库仑定律常常与物体的平衡、牛顿运动定律等力学知识结合起来考查。电场强度、电场线、电场力是反映电场力的性质的物理量,考查电场线分布特征、电场强度的叠加原理等。电势、电势能、电势差、电场力做功是反映电场能的性质的物理量,考查电荷的功能关系。2.通电导体在磁场、重力场中的平衡与加速运动问题的处理方法和纯力学问题一样,只是多了一个安培力。因洛伦兹力的方向总与速度的方向垂直,根据曲线运动的条件,在仅受洛伦兹力作用的情况下,带电粒子将做曲线运动,洛伦兹力的作用效果只是改变带电粒子的运动方向。3.关于带电粒子在复合场中的运动的题目出现的频率最高,几乎年年必考它通常将直线运动规律、牛顿运动定律、圆周运动、运动的合成与分解等综合,题型主要是计算题。自主学习,合作探究问题1.带电粒子在独立电场中的运动例1如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图。在oxy平面的abcd区域内,存在两个场强大小均为e的匀强电场i和ii,两电场的边界均是边长为l的正方形(不计电子所受重力)。(1)在该区域ab边的中点处由静止释放电子,求电子离开abcd区域的位置。(2)在电场i区域内适当位置由静止释放电子,电子恰能从abcd区域左下角d处离开,求所有释放点的位置。解答:(1)设电子的质量为m,电量为e,电子在电场i中做匀加速直线运动,出区域i时的为v0,此后电场ii做类平抛运动,假设电子从cd边射出,出射点纵坐标为y,有解得y,所以原假设成立,即电子离开abcd区域的位置坐标为(2l,)(2)设释放点在电场区域i中,其坐标为(x,y),在电场i中电子被加速到v1,然后进入电场ii做类平抛运动,并从d点离开,有 解得xy,即在电场i区域内满足议程的点即为所求位置。问题2.带电粒子在独立磁场中的运动例2如图所示,真空室内有匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,磁感应强度的大小b0.60t,磁场内有一块平行感光板ab,板面与磁场方向平行,在距ab的距离l16cm处,有一个点状的粒子发射源s,它向各个方向发射粒子,粒子的速度都是v3.0106m/s已知粒子的电量与质量之比q/m5.0107c/kg,现只考虑在纸平面中运动的粒子,求ab上被粒子打中的区域长度解:粒子带正电,故在磁场中沿逆时针方向做匀速圆周运动,用r表示轨道半径,有 由此得代入数值得r=10cm 可见,2rlr因朝不同方向发射的粒子的圆轨迹都过s,由此可知,某一圆轨迹在图中n左侧与ab相切,则此切点p1就是粒子能打中的左侧最远点。为定出p1点的位置,可作平行于ab的直线cd,cd到ab的距离为r,以s为圆心,r为半径,作弧交cd于q点,过q作ab的垂线,它与ab的交点即为p1 再考虑n的右侧,任何粒子在运动中离s的距离不可能超过2r,以2r为半径、s为圆心作圆,交ab于n右侧的p2点,此即右侧能打到的最远点由图中几何关系得 所求长度为 代入数值得p1p2=20cm 问题3.带电粒子在组合场中的运动例3如图所示,在y 0的空间中存在匀强电场,场强沿y轴负方向;在y 0的空间中,存在匀强磁场,磁场方向垂直xy平面(纸面)向外一电量为q、质量为m的带正电的运动粒子,经过y轴上y = h处的点p1时速率为v0,方向沿x轴正方向,然后经过x轴上x = 2h处的p2点进入磁场,并经过y轴上y = 2h处的p3点不计粒子的重力,求(1)电场强度的大小;(2)粒子到达p2时速度的大小和方向;(3)磁感应强度的大小解:(1)粒子在电场、磁场中运动的轨迹如图所示,设粒子从p1点到p2点的时间为t,电场强度的大小为 e,粒子在电场中的加速度为a由牛顿第二定律得qe=ma 由运动学公式有2h=v0t , 由式解得 (2)粒子到达p2时速度v沿x轴方向的分量仍为v0,沿y轴方向分量为v1,与x轴的夹角为,则有, 由式得v1=v0 由式得 (3)设磁场的磁感应强度为b,在洛伦兹力作用下粒子做匀速圆周运动,由牛顿第二定律及向心力公式得qvbr是圆周的半径,此圆周与x轴和y轴的交点分别为p2、p3,因为op2=op3、=45,由几何关系可知,连线p2p3为圆周轨道的直径,由此可得所以师生互动归纳1当带电粒子在复合场中所受的合外力为零时,微粒将静止或做匀速直线运动;2当带电粒子在复合场中所受的合外力充当向心力时,微粒将做匀速圆周运动;3当带电粒子在复合场中所受的合外力不变时,微粒将做匀变速直线运动或做匀变速曲线运动;4当带电微粒所受的合外力的大小、方向均是不断变化的,则微粒将做非匀变速曲线运动。教师讲解强调:注意电场力和洛伦兹力的特性在电场中的电荷,不论其运动与否,都始终受电场力的作用;而磁场只对运动电荷且速度方向与磁场方向不平行的电荷有洛伦兹力作用。电场力的大小,与电荷运动速度无关,其方向可与电场方向相同或相反;而洛伦兹力的大小与电荷运动的速度有关,其方向始终既与磁场方向垂直,又与速度方向垂直,即垂直于磁场和速度共同决定的平面。从力的作用效果看,电场力既可以改变电荷运动速度的方向,也可以改变速度的大小;而洛伦兹力仅改变电荷运动速度的方向,不能改变速度的大小。从做功和能量转化角度看,电场力对电荷做功,但与运动路径无关,能够改变电荷的动能;而洛伦兹力对电荷永不做功,不能改变电荷的动能。解题思路与方法为了提高分析能力及解题效率,我们一般按以下思路进行分析:1正确进行受力分析,除弹力、重力、摩擦力,要特别注意电场力和磁场力的分析;2正确进行物体的运动状态分析,找出物体的速度、位置及变化,分清运动过程,如果出现临界状态,要分析临界条件;3恰当选用解决力学问题的三大方法:a牛顿运动定律及运动学公式(只适用于匀变速运动);b用动量观点分析,即由动量定理和动量守恒定律;c用能量观点分析,包括动能定理和机械能(或能量)守恒定律,应注意不论带电体运动状态如何,洛伦兹力永远不做功。应首选能量观点和动量观点进行分析。教师讲解强调:对在复合场中运动的带电体进行正确受力分析1受力分析的顺序:先场力(包括重力、电场力、磁场力),后弹力,再摩擦力等。2重力、电场力与物体运动速度无关,但洛伦兹力的大小与粒子速度有关,方向还与电荷的性质有关,所以必须充分注意到这一点来正确分析其受力情况,从而正确确定物体的运动情况。3一般情况下,电子、质子、离子等微观粒子在复合场中受的重力远小于电场力、磁场力,因而重力可忽略不计,如果有具体数据,可通过比较确定是否考虑重力,有时还需由题设条件来确定是否计算重力。教师难点提示:带电粒子在复合场中的动态分析洛伦兹力的变化影响到弹力的变化,弹力的变化引起摩擦力的变化,摩擦力的变化导致合外力的变化,由牛顿运动定律得出加速度的变化,由此分析出带电物体的运动情况,这种动态分析过程要有较强的能力,也是要求学生必须掌握的。课堂小结处理带电

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