高三物理一轮复习 第8章 磁场 3 带电粒子在复合场中的运动课件.ppt

第八章磁场 第三单元带电粒子在复合场中的运动 知识点一带电粒子在复合场中的运动 想一想 1 带电粒子在复合场中什么时候静止或做直线运动 什么时候做匀速圆周运动 提示 当带电粒子在复合场中所受合外力为零时 将处于静止状态或做匀速直线运动 当带电粒子所受的重力与电场力大小相等 方向相反时 带电粒子在洛伦兹力的作用下 在垂直于匀强磁场的平面内将做匀速圆周运动 2 复合场中带电粒子在重力 电场力 为恒力时 洛伦兹力三个力作用下能做匀变速直线运动吗 提示 不能 因为重力和电场力为恒力 而洛伦兹力随速度的增加而增加 故三力的合力一定发生变化 带电粒子不能做匀变速直线运动 填一填 1 复合场复合场是指电场 和重力场并存 或其中某两场并存 或分区域存在 从场的复合形式上一般可分为如下四种情况 相邻场 重叠场 交替场 交变场 磁场 2 带电粒子在复合场中的运动分类 1 静止或匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力为零时 将处于静止状态或做 2 匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小 方向 时 带电粒子在洛伦兹力的作用下 在垂直于匀强磁场的平面内做 匀速直线运动 相等 相反 匀速圆周运动 3 较复杂的曲线运动当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化 且与初速度方向不在同一条直线上 粒子做 变速曲线运动 这时粒子运动轨迹既不是圆弧 也不是抛物线 4 分阶段运动带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域 其运动情况随区域发生变化 其运动过程由几种不同的运动阶段组成 非匀 练一练 带电质点在匀强磁场中运动 某时刻速度方向如图所示 所受的重力和洛伦兹力的合力恰好与速度方向相反 不计阻力 则在此后的一小段时间内 带电质点将 a 可能做直线运动b 可能做匀减速运动c 一定做曲线运动d 可能做匀速圆周运动 解析 带电质点在运动过程中 重力做功 速度大小和方向发生变化 洛伦兹力的大小和方向也随之发生变化 故带电质点不可能做直线运动 也不可能做匀减速运动和匀速圆周运动 c正确 答案 c 知识点二带电粒子在复合场中的运动实例 想一想 速度选择器 磁流体发电机 电磁流量计在正常工作达到稳定后 带电粒子的受力有什么共同特征 提示 所受电场力与洛伦兹力二力平衡 填一填 练一练 如图所示为一速度选择器 内有一磁感应强度为b 方向垂直纸面向外的匀强磁场 一束粒子流以速度v水平射入 为使粒子流经过磁场时不偏转 不计重力 则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场 关于此电场场强大小和方向的说法中 正确的是 a 大小为b v 粒子带正电时 方向向上b 大小为b v 粒子带负电时 方向向上c 大小为bv 方向向下 与粒子带何种电荷无关d 大小为bv 方向向上 与粒子带何种电荷无关 解析 当粒子所受的洛伦兹力和电场力平衡时 粒子流匀速直线通过该区域 有qvb qe 所以e bv 假设粒子带正电 则受向下的洛伦兹力 电场方向应该向上 粒子带负电时 电场方向仍应向上 故正确答案为d 答案 d 考向一带电粒子在组合场中的运动1 该类问题为多过程问题 一般过程为带电粒子经电场直线加速后经过磁场偏转 或经过电场偏转后再经过磁场偏转 或连续通过几个不同的磁场偏转 考查学生对基本知识的掌握程度 体现高考命题 注重基础 体现能力 强调方法 的一贯原则 2 一般不考虑重力 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动 在电场中若速度方向与电场线在同一直线上 则做匀变速直线运动 若进入电场时的初速度方向与电场线垂直 则做类平抛运动 要求能够在分析带电粒子运动轨迹的基础上分别进行研究 电偏转 和 磁偏转 的比较 易错点拨 1 组合场重在画好运动轨迹 2 叠加场重在做好受力分析 典例1 2013 安徽卷 如图所示的平面直角坐标系xoy 在第 象限内有平行于y轴的匀强电场 方向沿y轴正方向 在第 象限的正三角形abc区域内有匀强磁场 方向垂直于xoy平面向里 正三角形边长为l 且ab边与y轴平行 一质量为m 电荷量为q的粒子 从y轴上的p 0 h 点 以大小为v0的速度沿x轴正方向射入电场 通过电场后从x轴上的a 2h 0 点进入第 象限 又经过磁场从y轴上的某点进入第 象限 且速度与y轴负方向成45 角 不计粒子所受的重力 求 1 电场强度e的大小 2 粒子到达a点时速度的大小和方向 3 abc区域内磁场的磁感应强度b的最小值 解题引路 由平抛运动规律确定粒子在电场中运动的各量间的关系 由几何关系及牛顿第二定律确定粒子在有界磁场中运动的各量间的关系 尝试解题 名师点睛 解决带电粒子在组合场中运动问题的思路方法 解题引路 1 小物体p1在水平轨道cd上受力情况如何 各力间关系如何 2 小物体p1在圆弧dg上运动时各力做功情况如何 3 p1和p2在倾斜轨道gh上各做什么性质的运动 提示 1 重力 支持力 摩擦力 洛伦兹力和推力f竖直方向 fn f1 mg 水平方向 f f 0 2 电场力做正功 重力做负功 3 都做匀加速直线运动 尝试解题 针对训练 2 2013 福建卷 如图甲 空间存在一范围足够大的垂直于xoy平面向外的匀强磁场 磁感应强度大小为b 让质量为m 电荷量为q q 0 的粒子从坐标原点o沿xoy平面以不同的初速度大小和方向入射到该磁场中 不计重力和粒子间的影响 1 若粒子以初速度v1沿y轴正向入射 恰好能经过x轴上的a a 0 点 求v1的大小 2 已知一粒子的初速度大小为v v v1 为使该粒子能经过a a 0 点 其入射角 粒子初速度与x轴正向的夹角 有几个 并求出对应的sin 值 3 如图乙 若在此空间再加入沿y轴正向 大小为e的匀强电场 一粒子从o点以初速度v0沿y轴正向发射 研究表明 粒子在xoy平面内做周期性运动 且在任一时刻 粒子速度的x分量vx与其所在位置的y坐标成正比 比例系数与场强大小e无关 求该粒子运动过程中的最大速度值vm 考向三带电粒子在交变复合场中的运动带电粒子在交变复合场中的运动问题的基本思路 解题引路 第一步 抓关键点 第二步 找突破口 1 要求圆周运动的最小半径 由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式可知 应先求最小速度 后列方程求解 2 要求粒子射出电场时的最大速度 应先根据平抛运动规律求出带电粒子能从极板间飞出所应加的板间电压的范围 后结合动能定理列方程求解 3 要求粒子打在屏幕上的范围 应先综合分析带电粒子的运动过程 画出运动轨迹 后结合几何知识列方程求解 尝试解题 名师点睛 若交变电压的变化周期远大于粒子穿越电场的时间 则在粒子穿越电场过程中 电场可看作粒子则进入电场时刻的匀强电场 名校模题 1 2015 天水高三质检 如图所示 虚线空间中存在由匀强电场e和匀强磁场b组成的正交或平行的电场和磁场 有一个带正电小球 电荷量为 q 质量为m 从正交或平行的电磁复合场上方的某一高度自由落下 那么 带电小球可能沿直线通过的是 解析 带电小球进入复合场时受力情况 2 2015 吉林实验中学二模 如图所示 一带电塑料小球质量为m 用丝线悬挂于o点 并在竖直平面内摆动 最大摆角为60 水平磁场垂直于小球摆动的平面 当小球自左方摆到最低点时 悬线上的张力恰为零 则小球自右方最大摆角处摆到最低点时悬线上的张力为 a 0b 2mgc 4mgd 6mg 必纠错题 3 如图所示实线表示处在竖直平面内的匀强电场的电场线 与水平方向成 角 水平方向的匀强磁场与电场正交 有一带电液滴沿斜向上的虚线l做直线运动 l与水平方向成 角 则下列说法中不正确的是 a 液滴一定做匀速直线运动b 液滴一定带正电c 电场线方向一定斜向上d 液滴有可能做匀变速直线运动 错解 易错选a或b c 错因分析 本题有些同学错误地认为液滴可能做匀变速直线运动 易错选a 错选的原因是不能从题目给出的条件 液滴做直线运动判断出是做匀速直线运动 没有注意洛伦兹力随速度变化而变化 对受力分析 物体的平衡掌握不够牢固还可能错选b c 正确解析 本题带电液滴的运动为匀速直线运动 不可能为匀变速直线运动 因为速度变化时洛伦兹力也变化 合力将不在直线上 液滴受重力 电场力 洛伦兹力而做匀速直线运动 合力为零 可判断出洛伦兹力与电场力的方向 判断出液滴只有带正电荷才可能合力为零做匀速直线运动 此时电场线必斜向上 答案 d 高考真