人教版选修31 　3.6带电粒子在磁场或复合场中的运动 课件（32张）.pptx

微型专题6带电粒子在磁场或复合场中的运动 第三章磁场 课时要求 1 掌握带电粒子在磁场中运动问题的分析方法 会分析带电粒子在有界磁场中的运动 2 会分析带电粒子在复合场中的运动问题 内容索引 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 重点探究 一 带电粒子在有界磁场中的运动 1 带电粒子在有界磁场中的圆周运动的几种常见情形 1 直线边界 进出磁场具有对称性 如图1所示 图1 2 平行边界 存在临界条件 如图2所示 图2 3 圆形边界 沿径向射入必沿径向射出 如图3所示 2 带电粒子在有界磁场中运动的临界问题带电粒子在有界磁场中运动 往往出现临界条件 要注意找临界条件并挖掘隐含条件 图3 例1如图4所示 直线mn上方存在着垂直纸面向里 磁感应强度为b的匀强磁场 质量为m 电荷量为 q q 0 的粒子1在纸面内以速度v1 v0从o点射入磁场 其方向与mn的夹角 30 质量为m 电荷量为 q的粒子2在纸面内以速度v2 v0也从o点射入磁场 其方向与mn的夹角 60 已知粒子1 2同时到达磁场边界的a b两点 图中未画出 不计粒子的重力及粒子间的相互作用 1 求两粒子在磁场边界上的穿出点a b之间的距离d 图4 解析 答案 解析两粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨迹如图所示 2 求两粒子进入磁场的时间间隔 t 解析 答案 例2 2017 2018学年嵊州中学高二 上 期末 如图5所示为一金属筒的横截面 该圆筒的半径为r 内有匀强磁场 方向为垂直纸面向里 磁感应强度为b 在相互平行的水平金属板aa 和cc 之间有匀强电场 一个质量为m 重力不计 带电荷量为q的粒子 在电场力的作用下 沿图示方向从p点无初速度运动经电场加速进入圆筒内 在筒内它的速度方向偏转了60 求 1 该粒子带何种电荷 图5 解析 答案 答案负电荷 解析粒子向右偏转 根据左手定则可知粒子带负电荷 2 粒子在筒内运动的时间 解析粒子在磁场中运动 设粒子在筒中的速度为v 由牛顿第二定律有 3 两金属板间的加速电压 解析 答案 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 二 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 答案 解析 例3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6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6 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2l v0t 设粒子到达o点时沿y轴方向的分速度为vyvy at 设粒子到达o点时速度方向与x轴正方向夹角为 有 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 答案 解析 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f ma 又f qe 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 三 带电粒子在叠加场中的运动 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 答案 解析 例4如图7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7 解析要满足带负电微粒做匀速圆周运动 则 答案 解析 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 圆周运动的临界问题 如图8所示 比荷为的电子垂直射入宽度为d 磁感应强度为b的范围足够大的匀强磁场区域 则电子能从右边界射出这个区域 至少应具有的初速度大小为 图8 答案 1 2 3 4 2 圆形磁场边界问题 2018 长兴 德清 安吉期中考试 如图9所示 圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场 一个带电粒子以速度v从b点沿直径boa方向射入磁场 经过 t时间从c点射出磁场 oc与ob成60 角 现将带电粒子的速度变为3v 仍从b点沿原方向射入磁场 不计重力 则粒子在磁场中的运动时间变为 答案 解析 图9 1 2 3 4 解析设圆形磁场的半径为r 粒子速度为v时 做圆周运动的半径为r1 粒子运动轨迹如图所示 此时设粒子做圆周运动的圆心角为 2 1 2 3 4 3 带电粒子在叠加场中的运动 如图10 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 ma mb mcb mb ma mcc mc ma mbd mc mb ma 图10 答案 解析 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mag qe b在纸面内向右做匀速直线运动 三力平衡 则mbg qe qvb c在纸面内向左做匀速直线运动 三力平衡 则mcg qvb qe 比较 式得 mb ma mc 选项b正确 1 2 3 4 4 带电粒子在组合场中的运动 在平面直角坐标系xoy中 第 象限存在沿y轴负方向的匀强电场 第 象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场 磁感应强度为b 一质量为m 电荷量为q的带正电的粒子从y轴正半轴上的m点以速度v0垂直于y轴射入电场 经x轴上的n点与x轴正方向成 60 角射入磁场 最后从y轴负半轴上的p点垂直于y轴射出磁场 如图11所示 不计粒子重力 求 1 m n两点间的电势差umn 图11 答案 解析 1 2 3 4 解析设粒子过n点时的速度为v 故v 2v0粒