带电粒子在组合场中的运动+高二下学期物理粤教版选择性必修第二册

小专题4带电粒子在组合场中的运动[学习目标]

1.学习带电粒子在复合场中运动的基本分析方法.2.能分析带电粒子在复合场中的受力情况和运动情况,并能正确选择物理规律解答各类实际问题.(重难点)1.组合场:电场与磁场各位于一定的区域内,并不重叠,一般为两场相邻或在同一区域电场、磁场交替出现.分析方法:带电粒子在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将粒子的运动过程分成若干个小过程,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.2.粒子重力的分析(1)对于微观粒子:如电子、质子、离子等,因为其重力一般情况下与静电力或磁场力相比太小,可以忽略.(2)对于带电微粒:如带电小球、液滴、尘埃等一般应考虑重力.注意:①在题目中有明确说明是否要考虑重力的,按题目要求处理.②不能直接判断是否要考虑重力的,在进行受力分析与运动分析时,要结合运动状态确定是否要考虑重力.3.带电粒子在匀强电场和匀强磁场中偏转的比较项目垂直电场线进入匀强电场(不计重力)垂直磁感线进入匀强磁场(不计重力)受力情况电场力F电=qE大小、方向不变洛伦兹力f=qvB大小不变,方向时刻与v垂直运动类型类平抛运动匀速圆周运动4.组合场运动情形图例(1)在匀强电场中:匀变速直线运动(速度方向与电场方向平行)(2)在匀强磁场中:匀速圆周运动(速度方向与磁场方向垂直)知识点一从磁场到磁场AC·方法总结·磁场与磁场的组合问题实质就是两个有界磁场中的圆周运动问题,带电粒子在两个磁场中的速度大小相同,但轨迹半径和运动周期往往不同.解题时要充分利用两段圆弧轨迹的衔接点与两圆心共线的特点,进一步寻找边角关系.[训练1]

(2024·佛山高二期中)图甲是太极图.图乙是内部存在方向相反、磁感应强度大小均为B的匀强磁场的太极图,大圆的圆心为O,内部两个半圆的圆心O′、O″在同一直径MN上,半圆直径均为圆O的半径.曲线MON左侧的磁场方向垂直纸面向外.一质量为m、带电荷量为q的质子,以速度v0从N点沿纸面射入右侧磁场,恰好通过O点进入左侧磁场并从M点射出,质子在磁场中运动的时间为t.不计质子受到的重力.求:(1)质子射入磁场时与NM的夹角θ.(2)圆O的半径R.知识点二从电场到磁场[例2]

(2024·深圳市实验高级中学高二期末)在半导体离子注放工艺中,初速度和重力可忽略的离子P+和P3+,经电压为U的匀强电场加速后,垂直进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里、有一定的宽度的匀强磁场区域,如图所示.已知离子P+在磁场中转过θ=30°后从磁场右边界射出.在电场和磁场中运动时,离子P+和P3+(

)C·方法总结·分析带电粒子在组合场中运动的步骤1.划分过程:将粒子运动的过程划分为几个不同的阶段,对不同的阶段选取不同的规律处理.2.找关键:确定带电粒子在场区边界的速度(包括大小和方向)是解决该类问题的关键.3.画运动轨迹:根据受力分析和运动分析,大致画出粒子的运动轨迹,有利于形象、直观地解决问题.[训练2]

(2024·广东广州高二期中)如图,在平面直角坐标系xOy中,第一象限存在方向沿y轴负方向的匀强电场,第四象限存在方向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射出,方向沿x轴正方向.已知粒子进入磁场时,速度方向与x轴正方向的夹角为θ=45°角,并从y轴负半轴上的P点垂直于y轴射出磁场.不计粒子重力,求:(1)粒子进入磁场时的速度大小;(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.知识点三从磁场到电场[例4]

(先磁场后电场)(2024·清远市高二期末)如图所示,在xOy直角坐标系中,第Ⅰ象限内分布着方向垂直于纸面向里的匀强磁场,第Ⅱ象限内分布着沿y轴负方向的匀强电场.初速度为零、带电荷量为q、质量为m的粒子经过电压为U的电场加速后,从x轴上的A点垂直x轴进入磁场区域,重力不计,经磁场偏转后过y轴上的P点且垂直于y轴进入电场区域,在电场中偏转并击中x轴上的C点,已知OA=OC=d.(1)求带电粒子在A点的速度vA.(2)磁感应强度B和电场强度E的大小分别是多少?(3)求带电粒子从A点到C点的时间t.[训练3]

(多选)圆心为O、半径为R的圆形区域内存在磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面的匀强磁场(未画出),磁场边缘上的A点有一带正电粒子源,OA竖直,MN与OA平行,且与圆形边界相切于B点,在MN的右侧有