人教版高中物理选修3第3讲---带电粒子在复合场中的运动..ppt

第3讲带电粒子在复合场中的运动 聚焦一个热点 抓住三个考点 备选视频展台 突破三个考向 随堂基础演练 1 复合场2 带电粒子在复合场中的运动分类3 电场磁场同区域应用实例 1 带电粒子在分离复合场中的运动2 带电粒子在叠加复合场中的运动3 带电粒子在交变复合场中的运动 命题热点12带电粒子在复合场中的运动1 命题专家评述2 阅卷老师叮咛3 典例预测 第八章磁场备选多媒体展台1 磁现象和磁场 奥斯特实验2 地磁场分布3 通电螺线管的磁场4 探究通电导线在磁场中受的力与I和L的关系5 安培分子电流假说6 质谱仪原理7 磁场对运动电荷的作用力 等离子体磁流体发电机 01抓住三个考点 思维驱动 如图所示 一带电小球在一正交电场 磁场区域里做匀速圆周运动 电场方向竖直向下 磁场方向垂直纸面向里 则下列说法正确的是 A 小球一定带正电B 小球一定带负电C 小球的绕行方向为顺时针D 改变小球的速度大小 小球将不做圆周运动 解析由于小球做匀速圆周运动 有qE mg 电场力方向竖直向上 所以小球一定带负电 故A错 B正确 洛伦兹力提供小球做圆周运动的向心力 由左手定则可判定小球绕行方向为顺时针 故C正确 改变小球速度大小 小球仍做圆周运动 D错误 答案BC 解析 显隐 mg qE qvB 01抓住三个考点 知识存盘 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 思维驱动 01抓住三个考点 2012 龙岩检测 如图所示 空间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场 电场的方向竖直向下 磁场方向垂直纸面向里 一带电油滴P恰好处于静止状态 则下列说法正确的是 A 若仅撤去磁场 P可能做匀加速直线运动B 若仅撤去电场 P可能做匀加速直线运动C 若给P一初速度 P不可能做匀速直线运动D 若给P一初速度 P可能做匀速圆周运动 解析P处于静止状态 带负电荷 mg qE 若仅撤去磁场 P仍静止 A错 仅撤去电场 P向下加速 同时受到洛伦兹力 将做复杂的曲线运动 B错 给P一初速度 垂直磁场方向 因mg qE P只受洛伦兹力作用 将做匀速圆周运动 C错 D对 答案D 解析 显隐 mg qE 01抓住三个考点 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 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 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 知识存盘 静止 匀速直线运动 相等 相反 匀速圆周 非匀 01抓住三个考点 思维驱动 2012 海南单科 2 如图所示 在两水平极板间存在匀强电场和匀强磁场 电场方向竖直向下 磁场方向垂直于纸面向里 一带电粒子以某一速度沿水平直线通过两极板 若不计重力 下列四个物理量中哪一个改变时 粒子运动轨迹不会改变 A 粒子速度的大小B 粒子所带的电荷量C 电场强度D 磁感应强度 解析粒子以某一速度沿水平直线通过两极板 其受力平衡有Eq Bqv 则知当粒子所带的电荷量改变时 粒子所受的合力仍为0 运动轨迹不会改变 故B项正确 答案B 解析 显隐 01抓住三个考点 知识存盘 01抓住三个考点 温馨提示 复合场中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 一般应考虑其重力 2 在题目中明确说明的按说明要求是否考虑重力 3 不能直接判断是否考虑重力的 在进行受力分析与运动分析时 要由分析结果确定是否考虑重力 本栏内容结束 02突破三个考向 典例1 2012 课标 25 如图所示 一半径为R的圆表示一柱形区域的横截面 纸面 在柱形区域内加一方向垂直于纸面的匀强磁场 一质量为m 电荷量为q的粒子沿图中直线在圆上的a点射入柱形区域 在圆上的b点离开该区域 离开时速度方向与直线垂直 圆心O到直线的距离为3R 5 现将磁场换为平行于纸面且垂直于直线的匀强电场 同一粒子以同样速度沿直线在a点射入柱形区域 也在b点离开该区域 若磁感应强度大小为B 不计重力 求电场强度的大小 审题导析1 分析电荷运动轨迹的特点 求出电荷运动半径 2 明确此过程电荷的运动类型 应用对应规律列方程 结合第一个过程的规律解答问题 O 转解析 02突破三个考向 转原题 02突破三个考向 借题发挥 1 电偏转 和 磁偏转 的比较 2 求解带电粒子在分离复合场中运动问题的分析方法 1 正确受力分析 除重力 弹力 摩擦力外要特别注意静电力和磁场力的分析 2 确定带电粒子的运动状态 注意运动情况和受力情况的结合 3 对于粒子连续通过几个不同区域 不同种类的场时 要分阶段进行处理 4 画出粒子运动轨迹 灵活选择不同的运动规律 02突破三个考向 3 带电粒子在分离复合场中运动问题的求解方法 02突破三个考向 特别注意 1 多过程现象中的 子过程 与 子过程 的衔接点 如一定要把握 衔接点 处速度的连续性 2 圆周与圆周运动的衔接点一要注意在 衔接点 处两圆有公切线 它们的半径重合 02突破三个考向 变式跟踪1 如图示 xOy为空间直角坐标系 PQ与y轴正方向成 30 角 在第四象限和第一象限的xOQ区域存在磁感应强度为B的匀强磁场 在POy区域存在足够大的匀强电场 电场方向与PQ平行 一个带电荷量为 q 质量为m的带电粒子从 y轴上的A 0 L 点 平行于x轴方向射入匀强磁场 离开磁场时速度方向恰与PQ垂直 粒子在匀强电场中经时间t后再次经过x轴 粒子重力忽略不计 求 1 从粒子开始进入磁场到刚进入电场的时间t 2 匀强电场的电场强度E的大小 注意分析整个过程中 电荷在各区域的受力情况 运动规律及空间的几何关系 转解析 02突破三个考向 转原题 02突破三个考向 典例2 如图所示的平行板之间 存在着相互垂直的匀强磁场和匀强电场 磁场的磁感应强度B1 0 20T 方向垂直纸面向里 电场强度E1 1 0 105V m PQ为板间中线 紧靠平行板右侧边缘xOy坐标系的第一象限内 有一边界线AO 与y轴的夹角 AOy 45 边界线的上方有垂直纸面向外的匀强磁场 磁感应强度B2 0 25T 边界线的下方有水平向右的匀强电场 电场强度E2 5 0 105V m 在x轴上固定一水平的荧光屏 一束带电荷量q 8 0 10 19C 质量m 8 0 10 26kg的正离子从P点射入平行板间 沿中线PQ做直线运动 穿出平行板后从y轴上坐标为 0 0 4m 的Q点垂直y轴射入磁场区 最后打到水平的荧光屏上的位置C 求 1 离子在平行板间运动的速度大小 2 离子打到荧光屏上的位置C的坐标 3 现只改变AOy区域内磁场的磁感应强度大小 使离子都不能打到x轴上 磁感应强度大小B2 应满足什么条件 注意挖掘带电粒子整个运动过程中包含的隐含条件 转审题 02突破三个考向 转原题 转解析 审题流程 正离子 正离子不受重力作用在B1 E1区受力平衡在B2区只受洛伦兹力在E2区只受电场力 过程一 匀速直线运动过程二 匀速圆周运动过程三 类平抛运动 平衡条件qE1 qvB1牛顿第二定律qvB mv2 r平抛运动规律 受力分析 过程分析 画轨迹 选规律求解 确定研究对象 运动建模 第 2 问确定速度方向第 3 问确定最大半径 E1q B1qv v E2q 02突破三个考向 转原题 转审题 1 带电 体 粒子在复合场中的运动问题求解要点1 受力分析是基础 在受力分析时是否考虑重力必须注意题目条件 2 运动过程分析是关键 在运动过程分析中应注意物体做直线运动 曲线运动及圆周运动 类平抛运动的条件 3 构建物理模型是难点 根据不同的运动过程及物理模型选择合适的物理规律列方程求解 02突破三个考向 借题发挥 2 带电粒子在复合场中运动的分析方法 02突破三个考向 变式跟踪2 2012 重庆理综 24 有人设计了一种带电颗粒的速率分选装置 其原理如图所示 两带电金属板间有匀强电场 方向竖直向上 其中PQNM矩形区域内还有方向垂直纸面向外的匀强磁场 一束比荷 电荷量与质量之比 均为1 k的带正电颗粒 以不同的速率沿着磁场区域的水平中心线O O进入两金属板之间 其中速率为v0的颗粒刚好从Q点处离开磁场 然后做匀速直线运动到达收集板 重力加速度为g PQ 3d NQ 2d 收集板与NQ的距离为l 不计颗粒间相互作用 求 1 电场强度E的大小 2 磁感应强度B的大小 3 速率为 v0 1 的颗粒打在收集板上的位置到O点的距离 转解析 注意挖掘带电粒子运动过程中隐含的关键解题条件 02突破三个考向 转原题 02突破三个考向 典例3 如图甲所示 在xOy平面内加有空间分布均匀 大小随时间周期性变化的电场和磁场 变化规律如图乙所示 规定竖直向上为电场强度的正方向 垂直纸面向里为磁感应强度的正方向 在t 0时刻 质量为m 电荷量为q的带正电粒子自坐标原点O处以v0 2 m s的速度沿x轴正向水平射入 已知电场强度E0 2m q 磁感应强度B0 2m q 不计粒子重力 求 1 t s时粒子速度的大小和方向 2 s 2 s内 粒子在磁场中做圆周运动的半径 3 画出0 4 s内粒子的运动轨迹示意图 要求 体现粒子的运动特点 转审题 注意题中关键条件的理解与分析 审题视点 02突破三个考向 转原题 转解析 一读题 1 由图乙可知 在xOy平面内存在电场时 不存在磁场 存在磁场时 不存在电场 且电场和磁场的变化周期相同 2 带电粒子在电场中做类平抛运动 v0 二画图画出带电粒子在交变场中的运动轨迹如右图演示所示 0 s 电荷做类平抛运动 s s 电荷做完整圆周运动2 s 3 s 电荷做类抛体运动3 s 4 s F 注意 选择什么物理规律来表达各个运动过程 02突破三个考向 转原题 转审题 02突破三个考向 借题发挥 带电粒子在交变复合场中的运动将是今后高考命题的热点 往往综合考查牛顿运动定律 功能关系 圆周运动的规律等 带电粒子在交变复合场中的运动问题的基本思路 特别提醒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 电场可看作粒子刚进入电场时刻的匀强电场 02突破三个考向 转解析 注意判定带电小球在不同时间段的受力情况及对应的运动过程 02突破三个考向 转原题 本栏内容结束 命题专家评述考情分析2012年的全国各地的高考卷中对带电粒子在复合场中的运动的考查有7处 是高考的高频考点 高考题型 选择题或计算题 计算题的机率大于选择题 高考预测预计在2014年高考中以生活 科技材料为背景 考查带电粒子在复合场中运动的受力和画偏转图以及用数学知识解决物理问题的综合应用等为主 03聚焦一个热点 阅卷老师叮咛易失分点带电粒子在复合场中运动问题容易出现以下错误 1 忽略带电粒子的重力 对于微观粒子如 质子 离子等 不考虑重力 液滴 尘埃 小球等宏观带电粒子常常考虑重力 2 在叠加场中没有认识到洛伦兹力随速度大小和方向的变化而变化 从而不能正确地判断粒子的运动性质 3 不能建立完整的运动图景 画出粒子的运动轨迹 4 不能正确地选择相应的公式列方程 如运动的分解 匀速圆周运动 功能关系等 03聚焦一个热点 应对策略带电粒子在复合场中运动问题解题的两条线索 1 力和运动的角度 根据带电粒子所受的力 运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解 运用运