2019_20學(xué)年高中物理第三章磁場微型專題10帶電粒子在組合場、疊加場中的運動課件粵教版.pptx

微型專題10 帶電粒子在組合場、疊加場中的運動,第三章 磁 場,物理觀念： 1.知道組合場是電場與磁場各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊. 2.疊加場是指某區(qū)域同時存在電場、磁場和重力場中的兩個或者三個，也叫復(fù)合場. 科學(xué)思維： 1.知道組合場問題一般可以按時間的先后順序分成若干個小過程，在每一個小過程中對粒子進(jìn)行分析. 2.疊加場問題要弄清疊加場的組成，結(jié)合運動情況和受力情況分析粒子的運動.,學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求,NEIRONGSUOYIN,內(nèi)容索引,重點探究,達(dá)標(biāo)檢測,微型專題練,啟迪思維 探究重點,檢測評價 達(dá)標(biāo)過關(guān),克難解疑 精準(zhǔn)高效,重點探究,帶電粒子在電場、磁場組合場中的運動是指粒子從電場到磁場或從磁場到電場的運動.通常按時間的先后順序分成若干個小過程，在每一運動過程中從粒子的受力性質(zhì)、受力方向和速度方向的關(guān)系入手，分析粒子在電場中做什么運動，在磁場中做什么運動. (1)在勻強(qiáng)電場中運動： 若初速度v0與電場線平行，粒子做勻變速直線運動； 若初速度v0與電場線垂直，粒子做類平拋運動. (2)在勻強(qiáng)磁場中運動： 若初速度v0與磁感線平行，粒子做勻速直線運動； 若初速度v0與磁感線垂直，粒子做勻速圓周運動.,一、帶電粒子在組合場中的運動,(3)解決帶電粒子在組合場中的運動問題，所需知識如下：,例1 (2018安徽師大附中期末)如圖1所示，在平面直角坐標(biāo)系xOy內(nèi)，第、象限內(nèi)存在沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場，第、象限內(nèi)存在半徑為L的圓形勻強(qiáng)磁場，磁場圓心在M(L,0)點，磁場方向垂直于坐標(biāo)平面向外.一帶正電粒子從第象限中的Q(2L，L)點以速度v0沿x軸正方向射入，恰好從坐標(biāo)原點O進(jìn)入磁場，從P(2L,0)點射出磁場，不計粒子重力，求： (1)電場強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的比值；,圖1,解析 設(shè)粒子的質(zhì)量和所帶電荷量分別為m和q，粒子在電場中運動，由平拋運動規(guī)律及牛頓運動定律得，2Lv0t1，L at12，qEma,粒子到達(dá)O點時沿y方向的分速度為vyat1v0，,(2)粒子在磁場與電場中運動時間的比值.,針對訓(xùn)練 (2017天津理綜)平面直角坐標(biāo)系xOy中，第象限存在垂直于平面向里的勻強(qiáng)磁場，第象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，如圖2所示.一帶負(fù)電的粒子從電場中的Q點以速度v0沿x軸正方向開始運動.Q點到y(tǒng)軸的距離為到x軸距離的2倍.粒子從坐標(biāo)原點O離開電場進(jìn)入磁場，最終從x軸上的P點射出磁場，P點到y(tǒng)軸距離與Q點到y(tǒng)軸距離相等.不計粒子重力，問： (1)粒子到達(dá)O點時速度的大小和方向；,圖2,解析 在電場中，粒子做類平拋運動，設(shè)Q點到x軸距離為L，到y(tǒng)軸距離為2L，粒子的加速度為a，運動時間為t，有 2Lv0t L 設(shè)粒子到達(dá)O點時沿y軸方向的分速度為vy vyat 設(shè)粒子到達(dá)O點時速度方向與x軸正方向夾角為，有 tan 聯(lián)立式得45 ,即粒子到達(dá)O點時速度方向與x軸正方向成45角斜向上. 設(shè)粒子到達(dá)O點時速度大小為v， 由運動的合成有,(2)電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小之比.,解析 設(shè)電場強(qiáng)度為E，粒子所帶電荷量為q，質(zhì)量為m， 粒子在電場中受到的電場力為F，由牛頓第二定律可得 Fma 又FqE 設(shè)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，粒子在磁場中做勻速圓周運動的半徑為R，所受的洛倫茲力提供向心力，有,學(xué)科素養(yǎng) 例1和針對訓(xùn)練考查了帶電粒子在組合場中的運動，按時間的先后順序分成若干個小過程，在每一個小過程中對粒子進(jìn)行分析，在解題過程中，回顧了物理概念和規(guī)律，鍛煉了從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系認(rèn)識的能力，體現(xiàn)了“物理觀念”、“科學(xué)思維”等學(xué)科素養(yǎng).,帶電粒子在疊加場中的運動一般有兩種情況： (1)直線運動：如果帶電粒子在疊加場中做直線運動，一定是做勻速直線運動，合力為零. (2)圓周運動：如果帶電粒子在疊加場中做圓周運動，一定是做勻速圓周運動，重力和電場力的合力為零，洛倫茲力提供向心力.,二、帶電粒子在疊加場中的運動,例2 (2018重慶一中高二上期中)如圖3所示，空間中的勻強(qiáng)電場水平向右，勻強(qiáng)磁場垂直紙面向里，一帶電微粒沿著直線從M運動到N，以下說法正確的是 A.帶電微?？赡軒ж?fù)電 B.運動過程中帶電微粒的動能保持不變 C.運動過程中帶電微粒的電勢能增加 D.運動過程中帶電微粒的機(jī)械能守恒,圖3,解析 根據(jù)做直線運動的條件和受力情況可知，微粒一定帶正電，且做勻速直線運動，所以選項A錯誤； 由于電場力向右，對微粒做正功，電勢能減小，但重力做負(fù)功，由于微粒做勻速直線運動，則合力做功為零，因此動能仍不變，選項B正確，C錯誤； 由能量守恒可知，電勢能減小，機(jī)械能一定增加，所以選項D錯誤.,例3 如圖4所示，在地面附近有一個范圍足夠大的相互正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場.勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向水平并垂直紙面向外，一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的帶電微粒在此區(qū)域恰好做速度大小為v的勻速圓周運動.(重力加速度為g) (1)求此區(qū)域內(nèi)電場強(qiáng)度的大小和方向；,圖4,解析 要滿足帶負(fù)電微粒做勻速圓周運動，則：,(2)若某時刻微粒運動到場中距地面高度為H的P點，速度與水平方向成45角，如圖所示.則該微粒至少需要經(jīng)過多長時間才能運動到距地面最高點？最高點距地面多高？,解析 如圖所示，當(dāng)微粒第一次運動到最高點時，135，,達(dá)標(biāo)檢測,1,2,3,4,1.(帶電粒子在疊加場中的運動)(多選)(2018揚州中學(xué)高二上期中)空間存在豎直向下的勻強(qiáng)電場和水平方向(垂直紙面向里)的勻強(qiáng)磁場，如圖5所示，已知一離子在電場力和洛倫茲力共同作用下，從靜止開始自A點沿曲線ACB運動，到達(dá)B點時速度為零，C為運動的最低點.不計重力，則 A.該離子帶負(fù)電 B.A、B兩點位于同一高度 C.到達(dá)C點時離子速度最大 D.離子到達(dá)B點后，將沿原曲線返回A點,圖5,解析 離子開始受到電場力作用開始向下運動，可知電場力方向向下，則離子帶正電，A錯誤； 根據(jù)動能定理知，洛倫茲力不做功，在A到B的過程中，動能變化為零，則電場力做功為零，A、B兩點等電勢，因為該電場是勻強(qiáng)電場，所以A、B兩點位于同一高度，B正確； 根據(jù)動能定理得，離子運動到C點電場力做功最大，則速度最大，C正確； 只要將離子在B點的狀態(tài)與A點進(jìn)行比較，就可以發(fā)現(xiàn)它們的狀態(tài)(速度為零，電勢能相等)相同，如果右側(cè)仍有同樣的電場和磁場的疊加區(qū)域，離子就將在B點的右側(cè)重現(xiàn)前面的曲線運動，因此，離子是不可能沿原曲線返回A點的，D錯誤.,1,2,3,4,2.(帶電粒子在疊加場中的運動)(2017全國卷)如圖6，空間某區(qū)域存在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，電場方向豎直向上(與紙面平行)，磁場方向垂直于紙面向里，三個帶正電的微粒a、b、c電荷量相等，質(zhì)量分別為ma、mb、mc，已知在該區(qū)域內(nèi)，a在紙面內(nèi)做勻速圓周運動，b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運動，c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運動.下列選項正確的是 A.mambmc B.mbmamc C.mcmamb D.mcmbma,圖6,1,2,3,4,解析 設(shè)三個微粒的電荷量均為q， a在紙面內(nèi)做勻速圓周運動，說明洛倫茲力提供向心力，重力與電場力平衡，即magqE b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運動，三力平衡，則 mbgqEqvB c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運動，三力平衡，則 mcgqvBqE 比較式得：mbmamc，選項B正確.,1,2,3,4,3.(帶電粒子在組合場中的運動)(2018長郡中學(xué)期末)如圖7所示，某種帶電粒子由靜止開始經(jīng)電壓為U1的電場加速后，射入水平放置、電勢差為U2的兩塊導(dǎo)體板間的勻強(qiáng)電場中，帶電粒子沿平行于兩板的方向從兩板正中間射入，穿過兩板后又垂直于磁場方向射入邊界線豎直的勻強(qiáng)磁場中，則粒子射入磁場和射出磁場的M、N兩點間的距離d隨著U1和U2的變化情況為(不計重力，不考慮邊緣效應(yīng)) A.d隨U1變化，d與U2無關(guān) B.d與U1無關(guān)，d隨U2變化 C.d隨著U1、U2變化 D.d與U1無關(guān)，d與U2無關(guān),圖7,1,2,3,4,1,2,3,4,粒子在偏轉(zhuǎn)電場中做類平拋運動，設(shè)粒子在偏轉(zhuǎn)電場中的偏向角為，進(jìn)入磁場時的速度為v，,而在磁場中做勻速圓周運動，設(shè)運動軌跡對應(yīng)的半徑為R，由幾何關(guān)系可得，半徑與直線MN夾角正好等于，,1,2,3,4,故d隨U1變化，d與U2無關(guān)，故A正確，B、C、D錯誤.,4.(帶電粒子在組合場中的運動)(2018深圳高中聯(lián)盟高二上期末)如圖8所示裝置中，區(qū)域中有豎直向上的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度為E，區(qū)域中有垂直紙面向外的水平勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，區(qū)域中有垂直紙面向里的水平勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為2B.一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的帶負(fù)電粒子從左邊界O點正上方的M點以速度v0水平射入勻強(qiáng)電場，經(jīng)水平分界線OP上的A點與OP成60角射入?yún)^(qū)域的勻強(qiáng)磁場，并垂直豎直邊界CD進(jìn)入?yún)^(qū)域的勻強(qiáng)磁場中.(粒子重力不計，區(qū)域、足夠大)求： (1)粒子在區(qū)域勻強(qiáng)磁場中運動的軌道半徑；,1,2,3,4,圖8,解析 粒子在勻強(qiáng)電場中做類平拋運動，設(shè)粒子過A點時速度為v，,1,2,3,4,粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運動，由牛頓第二定律得：,(2)O、A間的距離；,1,2,3,4,解析 設(shè)粒子在電場中的運動時間為t1，加速度為a，則有qEma v0tan 60at1，,(3)粒子從M點出發(fā)到第二次通過CD邊界所經(jīng)歷的時間.,1,2,3,4,1,2,3,4,微型專題練,一、選擇題 考點一 帶電粒子在疊加場中的運動 1.如圖1所示，豎直平面內(nèi)，勻強(qiáng)電場方向水平向右，勻強(qiáng)磁場方向垂直于紙面向里，一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子以速度v與磁場方向垂直，與電場方向成45角射入復(fù)合場中，恰能做勻速直線運動，則關(guān)于電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小，正確的是(重力加速度為g),圖1,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 假設(shè)粒子帶負(fù)電，則其所受電場力方向水平向左，洛倫茲力方向斜向右下方與v垂直，可以從力的平衡條件判斷出這樣的粒子不可能做勻速直線運動，所以粒子應(yīng)帶正電荷，受力情況如圖所示. 根據(jù)合外力為零得 mgqvBsin 45 qEqvBcos 45,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,2.(多選)一帶電小球在相互垂直的勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場中做圓周運動，勻強(qiáng)電場豎直向上，勻強(qiáng)磁場水平且垂直紙面向里，如圖2所示，下列說法正確的是 A.沿垂直紙面方向向里看，小球繞行方向為順時針方向 B.小球一定帶正電且小球的電荷量q C.由于洛倫茲力不做功，故小球運動過程中機(jī)械能守恒 D.由于合外力做功等于零，故小球運動過程中動能不變,圖2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 帶電小球在疊加場中，只有滿足重力與電場力大小相等、方向相反，小球受的合力才只表現(xiàn)為洛倫茲力，洛倫茲力提供向心力，小球做勻速圓周運動，故小球所受電場力向上，小球帶正電，小球受的洛倫茲力方向要指向圓心，由左手定則判斷運動方向為逆時針，由mgqE可得q ，故A錯誤，B正確； 洛倫茲力不做功，但電場力做功，故機(jī)械能不守恒，故C錯誤； 由于合外力做功等于零，根據(jù)動能定理，小球在運動過程中動能不變，故D正確.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,3.(多選)如圖3所示，實線表示在豎直平面內(nèi)的電場線，電場線與水平方向成角，水平方向的勻強(qiáng)磁場與電場正交，有一帶電液滴沿虛線L斜向上做直線運動，L與水平方向成角，且，則下列說法中正確的是 A.液滴一定做勻減速直線運動 B.液滴一定做勻加速直線運動 C.電場方向一定斜向上 D.液滴一定帶正電,圖3,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 帶電液滴受豎直向下的重力G、平行于電場線方向的電場力F、垂直于速度方向的洛倫茲力F洛，帶電液滴做直線運動，因此三個力的合力一定為零，帶電液滴做勻速直線運動，故選項A、B錯誤. 當(dāng)帶電液滴帶正電，且電場線方向斜向上時，帶電液滴受豎直向下的重力、沿電場線向上的電場力、垂直于速度方向斜向左上方的洛倫茲力，這三個力的合力能夠為零，使帶電液滴沿虛線L做勻速直線運動；如果帶電液滴帶負(fù)電或電場線方向斜向下，帶電液滴所受合力不為零，帶電液滴不可能沿直線運動，故選項C、D正確.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,考點二 帶電粒子在組合場中的運動 4.(多選)如圖4所示，A板發(fā)出的電子(重力不計)經(jīng)加速后，水平射入水平放置的兩平行金屬板M、N間，M、N之間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，電子通過磁場后最終打在熒光屏P上，關(guān)于電子的運動，下列說法中正確的是 A.滑動觸頭向右移動時，電子打在熒光屏的位置上升 B.滑動觸頭向右移動時，電子通過磁場區(qū)域所用時間 不變 C.若磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，則電子打在熒光屏上的速 度大小不變 D.若磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，則電子打在熒光屏上的速度變大,圖4,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 當(dāng)滑動觸頭向右移動時，電場的加速電壓增大，加速后電子動能增大，進(jìn)入磁場時的初速度增大，向下偏轉(zhuǎn)程度變小，打在熒光屏的位置上升，在磁場中運動對應(yīng)的圓心角變小，運動時間變短，選項A正確，B錯誤； 磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，電子在磁場中運動速度大小不變，打在熒光屏上的速度大小不變，選項C正確，D錯誤.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,5.如圖5所示，有理想邊界的勻強(qiáng)磁場方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，某帶電粒子的比荷(電荷量與質(zhì)量之比)大小為k，由靜止開始經(jīng)電壓為U的電場加速后，從O點垂直射入磁場，又從P點穿出磁場.下列說法正確的是(不計粒子所受重力) A.如果只增加U，粒子可以從dP之間某位置穿出磁場 B.如果只減小B，粒子可以從ab邊某位置穿出磁場 C.如果既減小U又增加B，粒子可以從bc邊某位置穿出磁場 D.如果只增加k，粒子可以從dP之間某位置穿出磁場,圖5,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,只增加U，r增大，粒子不可能從dP之間某位置穿出磁場，故A錯誤. 粒子電性不變，不可能向上偏轉(zhuǎn)從ab邊某位置穿出磁場，故B錯誤. 既減小U又增加B，r減小，粒子不可能從bc邊某位置穿出磁場，故C錯誤. 只增加k，r減小，粒子可以從dP之間某位置穿出磁場，故D正確.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,6.如圖6所示，在x軸上方存在垂直于紙面向里且磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，在x軸下方存在垂直于紙面向外且磁感應(yīng)強(qiáng)度為 的勻強(qiáng)磁場.一帶負(fù)電的粒子從原點O與x軸成30角斜向上射入磁場，且在x軸上方磁場中運動的半徑為R.粒子重力不計，則 A.粒子經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后一定能回到原點O B.粒子在x軸上方和下方磁場中運動的半徑之比為21 C.粒子完成一次周期性運動的時間為 D.粒子第二次射入x軸上方磁場時，沿x軸前進(jìn)了3R,圖6,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,粒子第二次射入x軸上方磁場時，沿x軸前進(jìn)了lR2R3R，則粒子經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后不能回到原點O，選項A錯誤，D正確.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,二、非選擇題 7.(2018齊齊哈爾市期末)如圖7所示的區(qū)域中，OM左邊為垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，右邊是一個電場強(qiáng)度大小未知的勻強(qiáng)電場，其方向平行于OM，且垂直于磁場方向.一個質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子從小孔P以初速度v0沿垂直于磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場中，初速度方向與邊界線的夾角60，粒子恰好從小孔C垂直于OC射入勻強(qiáng)電場，最后打在Q點，已知OCL，OQ2L，不計粒子的重力，求： (1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。?圖7,解析 畫出粒子運動的軌跡如圖所示(O1為粒子在磁場中做圓周運動的圓心)：PO1C120,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,(2)電場強(qiáng)度E的大小.,解析 粒子在電場中做類平拋運動， 由牛頓第二定律得qEma 水平方向2Lv0t,8.(2016天津理綜)如圖8所示，空間中存在著水平向右的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度大小E5 N/C，同時存在著水平方向的勻強(qiáng)磁場，其方向與電場方向垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B0.5 T.有一帶正電的小球，質(zhì)量m1106 kg，電荷量q2106 C，正以速度v在圖示的豎直面內(nèi)做勻速直線運動，當(dāng)經(jīng)過P點時撤掉磁場(不考慮磁場消失引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象)，取g10 m/s2，求： (1)小球做勻速直線運動的速度v的大小和方向；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,答案 20 m/s 方向與電場方向成60角斜向上,圖8,解析 小球做勻速直線運動時受力如圖，其所受的三個力在同一平面內(nèi)，合力為零，,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,代入數(shù)據(jù)解得v20 m/s ,60 ,(2)從撤掉磁場到小球再次穿過P點所在的這條電場線經(jīng)歷的時間t.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,答案 3.5 s,解析 撤去磁場后，由于電場力垂直于豎直方向，它對豎直方向的分運動沒有影響，以P點為坐標(biāo)原點，豎直向上為正方向，小球在豎直方向上做勻減速運動，其初速度為 vyvsin 若使小球再次穿過P點所在的電場線，僅需小球的豎直方向上分位移為零，,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,9.如圖9所示，直角坐標(biāo)系xOy位于豎直平面內(nèi)，在水平的x軸下方存在勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直xOy平面向里，電場線平行于y軸.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電小球，從y軸上的A點水平向右拋出，經(jīng)x軸上的M點進(jìn)入電場和磁場區(qū)域，恰能做勻速圓周運動，從x軸上的N點第一次離開電場和磁場，MN之間的距離為L，小球過M點時的速度方向與x軸正方向夾角為.不計空氣阻力，重力加速度為g，求： (1)電場強(qiáng)度E的大小和方向；,圖9,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,1,2,3,4,5,6,7,8,