云南省2012年新课标高考备考复习研讨会：物理《带电粒子在符合场中的运动》课件.ppt

祝同学们学习进步，身体健康！,专题带电粒子在复合场中的运动,重力场、静电场和磁场,1三种场的特点比较,重力做功和路径无关重力做功改变物体的重力势能，且WGEp减少,大小Gmg方向竖直向下,一：知识储备,大小：FqE方向：正电荷受力方向与该点电场强度的方向相同(或负电荷受力的方向与该点电场强度的方向相反),电场力做功与路径无关电场力做功改变物体的电势能，且W电Ep减少,大小：fqvB方向：垂直于v和B决定的平面,洛伦兹力不做功,(2)带电粒子在复合场中的运动状态a.当带电粒子所受合外力为零时，将在复合场中静止或做运动b.由洛伦兹力提供向心力，带电粒子做匀速圆周运动c.多种力作用下的一般的曲线运动,电场、和重力场并存或两种场并存，或分区域存在粒子在复合场中运动时，要考虑、的作用，有时也要考虑重力的作用,磁场,电场力,磁场力,匀速直线,2、复合场及复合场中的运动,(1)复合场：,热点一带电粒子先后通过匀强电场和匀强磁场,思路剖析,近几年中，带电粒子先后进行电偏转和磁偏转的高考考题频频出现，充分显示了两种偏转在带电粒子运动中的基础地位，同学们在解析此类问题时，须抓住两种偏转的“区别、联系和局限性”。1.所谓“区别”运动规律的不同。电偏转一般为类平抛运动，磁偏转则一般为匀速圆周运动。2.所谓“联系”带电粒子先后进行电偏转和磁偏转，因而从一种场飞出的速度就是射入另一种场的初速度。3.所谓“局限性”电场和磁场往往都是有边界的，抓住了场的边界，往往就抓住了两种偏转的始末。另外，场的边界往往含有某种几何关系，这一点同学们必须高度重视。,二:热点分析,【老师点拨】(1)求粒子在匀强磁场中的轨道半径R有两种基本方法其一，R=mv/(Bq)；其二，空间几何关系。在本题中线段ON或线段OP长度未知，故应用方法一求解轨道半径。(2)tMP=tMN+tNP，tMN可据类平抛运动规律求解；tNP可利用偏转角求解，也可以利用NP长度求解。,【例1】在平面直角坐标系xOy中，第一象限存在沿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，磁感应强度大小为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点以大小为v0的速度垂直于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点沿与y轴正方向成60角射出磁场，如图所示。不计粒子重力，求：(1)粒子在磁场中运动的轨道半径R；(2)粒子从M点运动到P点的总时间t；,典型示例,【自主解答】,(1)设粒子过N点时的速度为v，根据类平抛运动规律可知v=v0/cos60分别过N、P点作速度方向的垂线，相交于Q点，则Q是粒子在磁场中做匀速圆周运动的圆心，根据牛顿第二定律有qvB=mv2/R联立解得轨道半径R=2mv0/(qB)(2)设粒子在电场中运动的时间为t1，有ON=v0t1由几何关系得ON=Rsin30+Rcos30联立解得t1=(1+)m/(qB)粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期T=2m/(qB)由几何关系知NQP=150，设粒子在磁场中运动的时间为t2，则t2=(150/360)T联立解得t2=5m/(6qB)故粒子从M点运动到P点的总时间t=t1+t2=(1+5/6)m/(qB),反馈训练：,1如图所示，水平放置的两块长直平行金属板a、b相距d0.10m，a、b间的电场强度为E5.0105N/C，b板下方整个空间存在着磁感应强度大小为B6.0T、方向垂直于纸面向里的匀强磁场今有一质量为m4.81025kg、电荷量为q1.61018C的带正电的粒子(不计重力)，从贴近a板的左端以v01.0106m/s的初速度水平射入匀强电场，刚好从狭缝P处穿过b板而垂直进入匀强磁场，最后粒子回到b板的Q处(图中未画出)不计板a、b的厚度，求P、Q之间的距离L.,解析：粒子从a板左端运动到P处，由动能定理得代入数据，解得代入数据解得：,粒子在磁场中做匀速圆周运动，圆心为O，半径为r，如图所示，由几何关系得rsin30又qvBm联立以上各式，求得L代入数据，解得L5.8cm.,答案：5.8cm,总结：,1：抓住各自场中运动规律（如平抛和匀圆）2：注意边界处的速度和位置,变式训练1,如图5-11-7所示，在平面直角坐标系xOy内，第象限存在沿y轴负方向的匀强电场，第象限只在以ON为直径的半圆形区域内，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y=h处的M点，以速度v0垂直于y轴射入电场，经x轴上x=2h处的P点进入磁场，最后射出磁场后经过y轴时的速度方向恰好垂直于y轴。不计粒子重力。求：(1)电场强度大小E；(2)粒子在磁场中运动的轨道半径r；(3)粒子从进入电场到离开磁场经历的总时间t。,(1)mv02/(2qh)(2)mv0/(Bq)(3)2h/v0+3m/(4Bq),图5-11-7,思路剖析,1.盯住带电体若带电体为小球、液滴、物块等，就必须考虑重力的影响；另外，还必须紧盯带电体的质量、电量和电性，尤其是电性。2.运用一般的动力学手段解析带电体在复合场中的运动问题，即运用牛顿第二定律(力的观点)或动能定理、机械能守恒定律(能的观点)解析相关问题。,热点二带电物体(宏观物体)在复合场中的运动,【例2】如图5-11-8所示，坐标系xOy位于竖直平面内，水平轨道AD和斜面DC均光滑且绝缘，AD和DC的长度均为L，斜面DC与水平地面间的夹角=60，一质量为m，电荷量为+q的带电小球(可视为质点)被固定在A点。已知在第一象限内分布着相互垂直的匀强磁场和匀强电场，电场方向竖直向上，场强大小为E1=mg/q，磁场沿水平方向(垂直纸面向外)，磁感应强度为B；在第二象限内只分布着沿x轴正方向的水平匀强电场，场强大小为E2=B2qL/(6m)。现将固定在A点的带电小球由静止释放，求：(1)带电小球运动到D点时的速度；(2)带电小球从A点出发到落到水平地面过程中所用时间(小球所带的电荷量不变，若小球撞到斜面CD上，撞击瞬间动能不损失，且撞击前后速度方向关于斜面CD对称)。【名师点拨】(1)第一问属于已知受力情况，求运动情况的问题。可以应用牛顿运动定律求解，也可以应用动能定理求解。(2)由已知条件E1=mg/q可推知，小球进入第象限后做什么运动？(3)小球在磁场中运动时是否先撞到斜面CD后才落到地面？,典型示例,图5-11-8,(1)设小球到达D点时速度为v，据动能定理得：qE2L=(1/2)mvD2其中E2=B2qL/(6m)解得vD=BqL/(3m)=BqL/(3m)(2)由于qE2=mg，故小球在第一象限内做匀速圆周运动，则有：BqvD=mvD2/R解得R=mvD/(Bq)=(/3)L设当带电小球恰好打在斜面底端C处时的偏转半径为R0，如图所示由几何关系得：2R0cos30=L解得：R0=(/3)L=R可见，带电小球恰好打在C处。带电小球在AD过程用的时间为：t1=L/(1/2)vD=2m/(Bq)带电小球AC的偏转时间为：t2=(2/3)R/vD=2R/(3vD)=2mR/(3BqL)=2m/(3Bq)故从A出发到落地全过程所用的时间为t=t1+t2=2(3+)m/(3Bq)。,【自主解答】,反馈训练：,如图所示，空间存在相互垂直的匀强电场和磁场，匀强电场的方向竖直向下，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向里.一质量为m带电量为q的液滴a位于坐标原点O，处于静止状态.另一质量为2m带电量为4q的液滴b以某一速度从P点沿x轴作匀速直线运动，到O点与a相撞，撞后a、b液滴合为一体.设碰撞前a、b之间的静电力不计（碰撞满足动量守恒）,取重力加速度大小为g,求:（1）匀强电场的电场强度E为多大？液滴b运动的速度v0为多大？（2）若液滴a、b相碰的瞬间将电场反向，大小不变，液滴到达的平面所需的时间t为多少？,解析（1）由a受力平衡有mqqE得b作匀速直线运动所受力平衡，则4qv0B2mg4qE0，（2）根据动量守恒：2mv03mv1,当电场反向时液滴受电场力3qE，方向向上，因3qE3mg，故电场力与重力平衡，液滴在洛仑兹力作用下以O为圆心做匀速圆周运动.如图所示，则圆周运动半径R为：周期T为：因所以60故运动时间t为：,答案（1）（2）,总结：,1：核心在带电粒子在场中的受力分析2：重点在运动规律的判断,变式训练2,在如图所示的竖直平面内，有范围足够大、水平向左的匀强电场，在虚线的左侧还有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，一绝缘弯杆由两段直杆和一段半径为R的半圆环组成，固定在纸面所在的竖直平面内，PQ、MN水平且足够长，半圆环PAM在磁场边界左侧，P、M两点在磁场边界线上，NMAP段是光滑的，PQ段是粗糙的