陕西省2011届高考物理一轮复习 带电粒子在复合场中的运动课件 新人教版

要点一带电粒子在匀强电场和匀强磁场中偏转的比较 学案3带电粒子在复合场中的运动 1 直线运动自由的带电粒子 无轨道约束 在复合场中的直线运动是匀速直线运动 除非运动方向沿磁场方向而不受洛伦兹力 这是因为电场力和重力都是恒力 当速度变化时 会引起洛伦兹力的变化 合力也相应的发生变化 粒子的运动方向就要改变而做曲线运动 在具体题目中 应根据F合 0进行计算 2 匀速圆周运动当带电粒子在复合场中 重力与电场力相平衡 粒子运动方向与匀强磁场方向垂直时 带电粒子就做匀速圆周运动 此种情况下要同时应用平衡条件和向心力公式来进行分析 3 一般曲线运动当带电粒子所受合外力是变力 且与初速度方向不在一条直线上时 粒子做非匀变速曲线运动 这时粒子的运动轨迹不是圆弧 也不是抛物线 一般用动能定理或功能关系计算 要点二带电粒子在复合场中的几种特殊运动 例1 2009年高考宁夏理综卷 如图8 3 5所示 在第一象限有一匀强电场 场强大小为E 方向与y轴平行 在x轴下方有一匀强磁场 磁场方向与纸面垂直 一质量为m 电荷量为 q q 0 的粒子以平行于x轴的速度从y轴上的P点处射入电场 在x轴上的Q点处进入磁场 并从坐标原点O离开磁场 粒子在磁场中的运动轨迹与y轴交于M点 已知OP l OQ l 不计重力 求 1 M点与坐标原点O间的距离 2 粒子从P点运动到M点所用的时间 热点一带电粒子在相互分离的电场和磁场中的运动 解析 本题考查了带电粒子在电场 磁场中的运动 本题中带电粒子先在电场中做类平抛运动 后进入匀强磁场做匀速圆周运动 前一过程的末状态就是后一过程的初状态 所以必须求出电场中带电粒子的速度方向 图8 3 5 1 带电粒子在电场中做类平抛运动 在y轴负方向上做初速度为零的匀加速运动 设加速度的大小为a 在x轴正方向上做匀速直线运动 设速度为v0 粒子从P点运动到Q点所用的时间为t1 进入磁场时速度方向与x轴正方向的夹角为 则a qE m t1 v0 x0 t1 其中x0 l y0 l 又有tan at1 v0 联立 式 得 30 因为M O Q点在圆周上 MOQ 90 所以MQ为直径 从图8 3 6中的几何关系可知 R l MO 6l 2 设粒子在磁场中运动的速度为v 从Q点到M点运动的时间为t2 则有v v0 cos t2 R v 带电粒子自P点出发到M点所用时间t为t t1 t2 联立 式 并代入数据得 名师支招 带电粒子分别在两个区域中做类平抛运动和匀速圆周运动 通过连接点的速度将两种运动联系起来 图8 3 6 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8 3 7所示 不计粒子重力 求 1 M N两点间的电势差UMN 2 粒子在磁场中运动的轨道半径r 3 粒子从M点运动到P点的总时间t 答案 图8 3 7 例2 如图8 3 8所示 套在很长的绝缘直棒上的小球 其质量为m 电荷量为 q 小球可在棒上滑动 将此棒竖直放在互相垂直 且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中 电场强度为E 磁感应强度为B 小球与棒的动摩擦因数为 求小球由静止沿棒下滑的最大加速度和最大速度 小球电量不变 热点二带电体在相互叠加场的运动 名师支招 1 带电物体在复合场中做变速直线运动时 所受的洛伦兹力的大小不断变化 而洛伦兹力的变化往往引起其他力的变化 从而导致加速度的产生 2 分析带电物体在复合场中的运动问题 与力学中相关问题的分析方法完全一致 只不过须注意同时分析电场力及洛伦兹力对带电物体运动的影响 解析 此类问题必须用牛顿第二定律求解 小球的受力情况如图8 3 9所示 由牛顿第二定律得竖直方向mg F ma水平方向FN qE qvB且f FN解得a mg qE qvB m显然当v 0时 加速度最大 am mg qE m g qE m当a 0时 速度最大 vm mg qB E B 答案 g qE mmg qB E B 图8 3 9 图8 3 8 在如图8 3 10所示的空间中 存在场强为E的匀强电场 同时存在沿x轴负方向 磁感应强度为B的匀强磁场 一质子 电荷量为e 在该空间恰沿y轴正方向以速度v匀速运动 据此可以判断出 A 质子所受电场力大小等于eE 运动中电势能减小 沿z轴正方向电势升高B 质子所受电场力大小等于eB 运