物理实用课件选修31浙江专用第三章磁场微型专题6带电粒子在磁场或复合场中的运动.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(q0)的粒子1在纸面内以速度v1v0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v2v0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(20172018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2Lv0t,设粒子到达O点时沿y轴方向的分速度为vyvyat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Fma又FqE,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.mambmcB.mbmamcC.mcmambD.mcmbma,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magqEb在纸面内向右做匀速直线运动，三力平衡，则mbgqEqvBc在纸面内向左做匀速直线运动，三力平衡，则mcgqvBqE比较式得：mbmamc，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v2v0粒子从M