湖北省监利县第一中学高考物理 带电粒子在组合场、复合场中的运动复习学案.doc

9.4 带电粒子在组合场、复合场中的运动【学习目标】1、进一步熟悉洛伦兹力的大小计算和方向判断。2、熟练掌握带电粒子在匀强磁场中运动的处理方法和思路。3、体会物理规律、数学知识相结合在解题中的灵活运用。【使用说明和学法指导】1、回忆前面所学知识，完成知识梳理部分。2、不懂的位置红笔标注疑问。知识梳理(限时15分钟)1 复合场与组合场 (1)复合场：电场、_、重力场共存，或其中某两场共存 (2)组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，或在同一区域，电场、磁场分时间段或分区域交替出现2、三种场的比较项目 名称 力的特点 功和能的特点 重力场 大小：g_方向：_ 重力做功与_无关 重力做功改变物体的_ 静电场 大小：f_ 方向：a.正电荷受力方向与场强方向_b负电荷受力方向与场强方向_ 电场力做功与_无关 w_ 电场力做功改变_ 磁场 洛伦兹力f_方向符合_定则 洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的_ 3 复合场中粒子重力是否考虑的三种情况 (1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、金属块等一般应当考虑其重力 (2)在题目中有明确说明是否要考虑重力的，这种情况按题目要求处理比较正规，也比较简单(3)不能直接判断是否要考虑重力的，在进行受力分析与运动分析时，要结合运动状态确定是否要考虑重力探究案探究一 带电粒子在组合场中的运动1、( ) 如图所示，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2、如图所示在x轴上方有一匀强电场，场强大小为e，方向竖直向下，在x轴下方有一匀强磁场，磁感应强度为b，方向垂直纸面向里 在x轴上有一点p，离原点距离为a现有一带电量为+q，质量为m的粒子，不计重力，从0xa区间某点由静止开始释放后，能经过p点试求：（1）释放瞬间粒子的加速度；（2）释放点的坐标x、y应满足的关系式？3、如图所示的平面直角坐标系xoy，在第一象限内有平行于y轴的匀强电场，方向沿y轴负方向，电场强度大小为e；在第四象限以on为直径的半圆形区域内有匀强磁场，方向垂直于xoy平面向外，一质量为m、带正电的粒子(不计粒子重力)，从omh处的m点，以速度v0垂直于y轴射入电场，经x轴上op2h处的p点进入磁场，粒子在磁场中运动的轨道半径为r，以垂直于y轴的方向射出磁场求：(1)粒子所带的电荷量q；(2)磁感应强度b；(3)粒子在磁场中运动的时间4、对铀235的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要意义如图所示，质量为m、电荷量为q的铀235离子，从容器a下方的小孔s1不断飘入加速电场，其初速度可视为零，然后经过小孔s2垂直于磁场方向进入磁感应强度为b的匀强磁场中，做半径为r的匀速圆周运动离子行进半个圆周后离开磁场并被收集，离开磁场时离子束的等效电流为i，不考虑离子重力及离子间的相互作用(1)求加速电场的电压u；(2)求出在离子被收集的过程中任意时间t内收集到离子的质量m.探究二 带电粒子在组合场中的运动5、( ) 如图所示，已知一带电小球在光滑绝缘的水平面上从静止开始经电压u加速后，水平进入由互相垂直的匀强电场e和匀强磁场b构成的复合场中(e和b已知)，小球在此空间的竖直面内做匀速圆周运动，则a. 小球可能带正电b. 小球做匀速圆周运动的半径为r c. 小球做匀速圆周运动的周期为td. 若电压u增大，则小球做匀速圆周运动的周期增加6、( ) 如图所示，在互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，电荷量为q的液滴在竖直面内做半径为r的匀速圆周运动已知电场强度为e，磁感应强度为b，则液滴的质量和环绕速度分别为()a. ， b. ，c. b， d. ，7、如图1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2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9.4 带电粒子在组合场、复合场中的运动参考答案1、解析：设粒子被电场加速后的速度为v，在磁场中运动的半径为r，则电场加速过程有qumv2，在磁场中有：qvbm，r，联立得r .如果只增大u，半径r增大，a错误；如果只减小b，半径r增大，粒子向下偏，不可能从ab边某位置穿出磁场，b错误；如果既减小u又增加b，半径r减小，粒子不可能从bc边某位置穿出磁场，c错误；如果只增加k，半径r减小，粒子可从dp之间某位置穿出磁场，d正确答案：d2、（1）要使粒子从静止开始能经过p点，其初始位置必须在匀强电场区域里，根据牛顿第二定律得：释放瞬间粒子的加速度为a=，方向沿y轴负方向(2)粒子必须从电场中释放，根据洛伦兹力方向可知释放点必须在p点的左侧空间，即0xa粒子在电场中，由动能定理得qeymv2粒子在磁场中，由圆周运动公式得qvbm粒子通过p点需满足：ax2nr(n1、2、3)解得释放点坐标x、y应满足的关系为y(n1、2、3)3、解析：粒子的运动轨迹如图所示(1)粒子在电场中做类平抛运动有2hv0that2 其中a解得q(2)对粒子在电场中做类平抛运动的末状态进行分析：由直角三角形知识可知：vy轴的方向：h，vyv0联立得：45，vv0对粒子在磁场中的圆周运动进行分析：v2v1v，qvb联立得：b(3)粒子在磁场中运动周期：t 由几何知识知，轨迹所对的圆心角为故粒子在磁场中运动的时间t.答案：(1)(2)(3)4、 (1)(2)(1)离子在电场中加速的过程中，由动能定理得：qumv2离子进入磁场后做匀速圆周运动，则：qvbm，联立式解得：u(2)在t时间内收集到的离子的总电荷量为qit，这些离子个数为n，离子的总质量为mnm，联立式解得：m5、解析：小球在复合场中做匀速圆周运动，则小球受到的电场力和重力满足mgeq，则小球带负电，a错误；因为小球做圆周运动的向心力为洛伦兹力，由牛顿第二定律和动能定理可得：bqv，uqmv2，可得：小球做匀速圆周运动的半径r，b正确；由t，可以得出t，与电压u无关，所以cd错误答案：b6、解析：液滴做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，重力和电场力等大、反向，根据qvb，qemg，解得m，v，故选项d正确答案：d7、解析：(1)微粒做直线运动，则mgqe0qvb微粒做圆周运动，则mgqe0，联立、得q b(2)设微粒从n