高考物理总复习第九章磁场9-3-2带电粒子在复合场中的运动市赛课公开课一等奖省名师获奖课

带电粒子在复合场中运动01020304运动实例拓展

带电粒子在组合场中运动

带电粒子在叠加场中运动

带电粒子在交变电磁场中运动

1/40带电粒子在组合场中运动命题角度1带电粒子在组合场中运动带电粒子在组合场中运动，实际上是几个经典运动过程组合(如：电场中加速直线运动、类平抛运动；磁场中匀速圆周运动)，所以处理这类问题要分段处理，找出各段之间衔接点和相关物理量。2/40带电粒子在组合场中运动带电粒子在组合场中运动“电偏转”和“磁偏转”比较

圆弧抛物线3/40带电粒子在组合场中运动例5

(·天津理综，11)平面直角坐标系xOy中，第Ⅰ象限存在垂直于平面向里匀强磁场，第Ⅲ象限存在沿y轴负方向匀强电场，如图所表示。一带负电粒子从电场中Q点以速度v0沿x轴正方向开始运动，Q点到y轴距离为到x轴距离2倍。粒子从坐标原点O离开电场进入磁场，最终从x轴上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)粒子抵达O点时速度大小和方向；(2)电场强度和磁感应强度大小之比。解析(1)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，粒子加速度为a，运动时间为t，有2L＝v0t①L＝at2②设粒子抵达O点时沿y轴方向分速度为vyvy＝at③转到下页4/40带电粒子在组合场中运动转到下页转到原题5/40带电粒子在组合场中运动转到下页转到上页6/40带电粒子在组合场中运动转到上页转到原题7/40带电粒子在组合场中运动“5步”突破带电粒子在组合场中运动问题8/40带电粒子在叠加场中运动命题角度2带电粒子在叠加场中运动1．磁场力、重力并存(1)若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动。(2)若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂曲线运动，因洛伦兹力不做功，故机械能守恒。2．电场力、磁场力并存(不计重力)(1)若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动。(2)若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体做复杂曲线运动，可用动能定理求解。3．电场力、磁场力、重力并存(1)若三力平衡，带电体做匀速直线运动。(2)若重力与电场力平衡，带电体做匀速圆周运动。(3)若协力不为零，带电体可能做复杂曲线运动，可用能量守恒定律或动能定理求解。9/40带电粒子在叠加场中运动例6(·广东惠州一调)平面OM和水平面ON之间夹角为30°，其横截面如图所表示，平面OM和水平面ON之间同时存在匀强磁场和匀强电场，磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外，匀强电场方向竖直向上。一带电小球质量为m、带电荷量为q，带电小球沿纸面以大小为v0速度从OM某点沿左上方射入磁场，速度方向与OM成30°角，带电小球进入磁场后恰好做匀速圆周运动，已知带电小球在磁场中运动轨迹与ON恰好相切，且带电小球能从OM上另一点P射出磁场(P未画出)。(1)判断带电小球带何种电荷？所加电场强度E为多大？(2)带电小球离开磁场出射点P到两平面交点O距离s为多大？(3)带电小球离开磁场后继续运动，能打在左侧竖直光屏OO′上，求打在光屏上点到O点距离。转到解析10/40带电粒子在叠加场中运动转回原题转到下页11/40带电粒子在叠加场中运动转回原题转到上页12/40带电粒子在叠加场中运动带电粒子在复合场中运动分析方法13/40带电粒子在交变电磁场中运动命题角度3带电粒子在交变电磁场中运动14/40带电粒子在交变电磁场中运动关键点获取信息电场可视作是恒定不变电场是匀强电场，带电粒子做类平抛运动最小半径当加速电压为零时，带电粒子进入磁场时速率最小，半径最小最大速度由动能定理可知，当加速电压最大时，粒子速度最大，但应注意粒子能否从极板中飞出第一步：抓关键点审题指导15/40带电粒子在交变电磁场中运动第二步：找突破口(1)要求圆周运动最小半径，由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动半径公式可知，应先求最小速度，后列方程求解。(2)要求粒子射出电场时最大速度，应先依据平抛运动规律求出带电粒子能从极板间飞出所应加板间电压范围，后结合动能定理列方程求解。(3)要求粒子打在屏幕上范围，应先综合分析带电粒子运动过程，画出运动轨迹，后结合几何知识列方程求解。转到解析16/40带电粒子在交变电磁场中运动转回原题转到下页17/40带电粒子在交变电磁场中运动转到上页转到下页18/40带电粒子在交变电磁场中运动转回原题解析滚动转到上页19/40带电粒子在交变电磁场中运动处理带电粒子在交变电磁场中运动问题基本思绪20/40运动实例拓展带电粒子在复合场中运动实例拓展题源一：人教版选修3－1·P100·例题一个质量为m、电荷量为q粒子，从容器A下方小孔S1飘入电势差为U加速电场，其初速度几乎为0，然后经过S3沿着与磁场垂直方向进入磁感应强度为B匀强磁场中，最终打到摄影底片D上。(1)求粒子进入磁场时速率。(2)求粒子在磁场中运动轨道半径。21/40运动实例拓展拓展1

(·全国卷Ⅰ，15)当代质谱仪可用来分析比质子重很多倍离子，其示意图如图所表示，其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来12倍。此离子和质子质量比约为()A．11B．12C．121D．144转到解析22/40运动实例拓展转回原题23/40拓展2(·江苏单科，15)一台质谱仪工作原理如图所表示。大量甲、乙两种离子飘入电压为U0加速电场，其初速度几乎为0，经加速后，经过宽为L狭缝MN沿着与磁场垂直方向进入磁感应强度为B匀强磁场中，最终打到摄影底片上。已知甲、乙两种离子电荷量均为＋q，质量分别为2m和m，图中虚线为经过狭缝左、右边界M、N甲种离子运动轨迹。不考虑离子间相互作用。(1)求甲种离子打在底片上位置到N点最小距离x；(2)在图中用斜线标出磁场中甲种离子经过区域，并求该区域最窄处宽度d；(3)若考虑加速电压有波动，在(U0－ΔU)到(U0＋ΔU)之间改变，要使甲、乙两种离子在底片上没有重合，求狭缝宽度L满足条件。运动实例拓展转到解析24/40运动实例拓展转回原题转到下页25/40运动实例拓展转回原题转到上页26/40运动实例拓展解题关键几何关系应用带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，要用到几何关系，主要是经过作辅助线构建直角三角形等，利用三角函数、勾股定理求解，或是经过作垂线段、切线及对称性等求解。27/40运动实例拓展题源二：人教版选修3－1·P98·T328/40运动实例拓展解析由题意知，粒子受到电场力和洛伦兹力，做匀速直线运动，则有qvB＝qE，即有vB＝E，改变粒子速度大小，则洛伦兹力随之改变，洛伦兹力与电场力不再平衡，粒子轨迹将发生改变，故选项A错误；由vB＝E知粒子电荷量改变时，洛伦兹力与电场力大小同时改变，两个力依然平衡，故粒子轨迹不发生改变，故选项B正确；改变电场强度，电场力将改变，洛伦兹力与电场力不再平衡，粒子轨迹将发生改变，故选项C错误；改变磁感应强度，洛伦兹力将改变，洛伦兹力与电场力不再平衡，粒子轨迹将发生改变，故选项D错误。答案B

拓展1如图所表示，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经过两极板。若不计重力，以下四个物理量中哪一个改变时，粒子运动轨迹不会改变()A．粒子速度大小B．粒子所带电荷量C．电场强度D．磁感应强度29/40运动实例拓展转到解析拓展2

(多项选择)质量为m、电荷量为q微粒以速度v与水平方向成θ角从O点进入方向如图所表示正交匀强电场和匀强磁场组成混合场区，该微粒在电场力、洛伦兹力和重力共同作用下，恰好沿直线运动到A，以下说法正确是()30/40运动实例拓展转回原题31/40运动实例拓展解析因为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，故选项A错误，B正确；洛伦兹力提供小球做圆周运动向心力，由左手定则可判定小球绕行方向为顺时针，故选项C正确；改变小球速度大小，小球仍做圆周运动，选项D错误。答案BC

拓展3

(多项选择)如图所表示，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，则以下说法正确是(

)A．小球一定带正电B．小球一定带负电C．小球绕行方向为顺时针D．改变小球速度大小，小球将不做圆周运动32/40运动实例拓展拓展4(·全国卷Ⅰ，16)如图，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。以下选项正确是()A．ma＞mb＞mcB．mb＞ma＞mcC．mc＞ma＞mbD．mc＞mb＞ma解析由题意知，三个带电微粒受力情况：mag＝qE，mbg＝qE＋Bqv，mcg＋Bqv＝qE，所以mb>ma>mc，故选项B正确，A、C、D错误。答案

B33/40运动实例拓展复合场中粒子特殊运动

带电粒子在重力场、匀强电场和磁场组成复合场中运动时：若做匀速圆周运动，重力必与电场力平衡，洛伦兹力提供向心力；若做直线运动，必是匀速直线运动，协力为零。34/40运动实例拓展带电粒子在复合场中运动认真阅读题目、分析题意、搞清题述物理状态及过程，并用简图(示意图、运动轨迹图、受力分析图、等效图等)将这些状态及过程表示出来，以展示题述物理情境、物理模型，使物理过程更为直观、物理特征愈加显著，进而快速简便解题。典例(20分)(·合肥二模)如图所表示，直线y＝x与y轴之间有垂直于xOy平面向外匀强磁场B1，直线x＝d与y＝x间有沿y轴负方向匀强电场，电场强度E＝1.0×104V/m，另有二分之一径R＝1.0m圆形匀强磁场区域，磁感应强度B2＝0.20T，方向垂直坐标平面向外，该圆与直线x＝d和x轴均相切，且与x轴相切于S点。一带负电粒子从S点沿y轴正方向以速度v0进入圆形磁场区域，经过一段时间进入磁场区域B1，35/40运