高考物理二輪專題突破專題六電場(chǎng)和磁場(chǎng)2帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件

1、2017屆高考二輪專題六 電場(chǎng)和磁場(chǎng)第2講：帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1、掌握帶點(diǎn)粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)2、學(xué)會(huì)帶點(diǎn)粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分析3、學(xué)會(huì)帶點(diǎn)粒子在周期性變化的電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分析知識(shí)梳理1.帶電粒子在電場(chǎng)中常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)類型(1)勻變速直線運(yùn)動(dòng)：通常利用動(dòng)能定理qu 來(lái)求解.對(duì)于勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)力做功也可以用wqed來(lái)求解.(2)偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：一般研究帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題.對(duì)于類平拋運(yùn)動(dòng)可直接利用 以及推論；較復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)常用_的方法來(lái)處理.2.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)類型(1)勻速直線運(yùn)動(dòng)：當(dāng)vb時(shí)，帶電粒子以速度v做 運(yùn)動(dòng).(2)勻速圓周運(yùn)動(dòng)：當(dāng)vb時(shí)，帶電粒子在

2、垂直于磁感線的平面內(nèi)以入射速度做 運(yùn)動(dòng).平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律運(yùn)動(dòng)的合成與分解勻速直線勻速圓周知識(shí)梳理3.復(fù)合場(chǎng)中是否需要考慮粒子重力的三種情況(1)對(duì)于微觀粒子，如電子、質(zhì)子、離子等，因?yàn)槠渲亓σ话闱闆r下與 或磁場(chǎng)力相比 ，可以忽略；而對(duì)于一些宏觀物體，如帶電小球、液滴、金屬塊等一般應(yīng) 其重力.(2)題目中有明確說(shuō)明是否要考慮重力的情況.(3)不能直接判 斷是否要考慮重力的情況，在進(jìn)行 分析與運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分析出是否要考慮重力.受力電場(chǎng)力太小考慮知識(shí)梳理1.正確分析帶電粒子的受力及運(yùn)動(dòng)特征是解決問(wèn)題的前提帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做什么運(yùn)動(dòng)，取決于帶電粒子所受的 及初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的速度，因此應(yīng)把帶

3、電粒子的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況結(jié)合起來(lái)進(jìn)行分析.2.靈活選用力學(xué)規(guī)律是解決問(wèn)題的關(guān)鍵當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)根據(jù) 列方程求解.當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，往往同時(shí)應(yīng)用牛頓第二定律和平衡條件列方程聯(lián)立求解.當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)選用動(dòng)能定理或能量守恒定律列方程求解.平衡條件合外力規(guī)律方法難點(diǎn)突破高考題型1帶點(diǎn)粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在疊加場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的處理方法1.弄清疊加場(chǎng)的組成特點(diǎn).2.正確分析帶電粒子的受力及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn).3.畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(1)若只有兩個(gè)場(chǎng)且正交，合力為零，則表現(xiàn)為勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止.例如電場(chǎng)與磁場(chǎng)中滿足q

4、eqvb；重力場(chǎng)與磁場(chǎng)中滿足mgqvb；重力場(chǎng)與電場(chǎng)中滿足mgqe.(2)若三場(chǎng)共存時(shí)，合力為零，粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，其中洛倫茲力fqvb的方向與速度v垂直.難點(diǎn)突破(3)若三場(chǎng)共存時(shí)，粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則有mgqe，粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，即qvbm .(4)當(dāng)帶電粒子做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)或有約束的變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般用動(dòng)能定理或能量守恒定律求解.難點(diǎn)突破典例精析【例1】如圖所示，坐標(biāo)系xoy在豎直平面內(nèi)，x軸沿水平方向.x0的區(qū)域有垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b1；第三象限同時(shí)存在著垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b2，電場(chǎng)強(qiáng)度

5、大小為e.x0的區(qū)域固定一與x軸成30角的絕緣細(xì)桿.一穿在細(xì)桿上的帶電小球a沿細(xì)桿勻速滑下，從n點(diǎn)恰能沿圓周軌道運(yùn)動(dòng)到x軸上的q點(diǎn)，且速度方向垂直于x軸.已知q點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)o的距離為 l，重力加速度為g，b1 ，b2 .空氣阻力忽略不計(jì)，求：難點(diǎn)突破【解析】由帶電小球在第三象限內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)可得：帶電小球帶正電難點(diǎn)突破(2)帶電小球a與絕緣細(xì)桿的動(dòng)摩擦因數(shù)；【解析】帶電小球從n點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到q點(diǎn)的過(guò)程中，有：qvb2m帶電小球在桿上勻速下滑，由平衡條件有：mgsin (qvb1mgcos )難點(diǎn)突破(3)當(dāng)帶電小球a剛離開(kāi)n點(diǎn)時(shí)，從y軸正半軸距原點(diǎn)o為h 的p點(diǎn)(圖中未畫出)以某一初速度平拋一個(gè)不

6、帶電的絕緣小球b，b球剛好運(yùn)動(dòng)到x軸與向上運(yùn)動(dòng)的a球相碰，則b球的初速度為多大？【解析】帶電小球在第三象限內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期：絕緣小球b平拋運(yùn)動(dòng)至x軸上的時(shí)間為：難點(diǎn)突破設(shè)絕緣小球b平拋的初速度為v0，難點(diǎn)突破1、如圖所示，a、b間存在與豎直方向成45斜向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)e1，b、c間存在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)e2，a、b的間距為1.25 m，b、c的間距為3 m，c為熒光屏.一質(zhì)量m1.0103 kg，電荷量q1.0102 c的帶電粒子由a點(diǎn)靜止釋放，恰好沿水平方向經(jīng)過(guò)b點(diǎn)到達(dá)熒光屏上的o點(diǎn).若在b、c間再加方向垂直于紙面向外且大小b0.1 t的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，粒子經(jīng)b點(diǎn)偏轉(zhuǎn)到達(dá)熒光屏的o點(diǎn)(圖中未畫

7、出).取g10 m/s2.求：(1)e1的大??；高考預(yù)測(cè)難點(diǎn)突破【解析】粒子在a、b間做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，豎直方向受力平衡，則有：qe1cos 45mg解得：e1 n/c1.4 n/c.【答案】1.4 n/c難點(diǎn)突破(2)加上磁場(chǎng)后，粒子由b點(diǎn)到o點(diǎn)電勢(shì)能的變化量.【解析】粒子從a到b的過(guò)程中，由動(dòng)能定理得：加磁場(chǎng)前粒子在b、c間必做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則有：qe2mg，解得：r5 m加磁場(chǎng)后粒子在b、c間必做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖所示，難點(diǎn)突破設(shè)偏轉(zhuǎn)距離為y，由幾何知識(shí)得：代入數(shù)據(jù)得y1.0 m粒子在b、c間運(yùn)動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力做的功為：wqe2ymgy1.0102 j由功能關(guān)系知，粒子的電勢(shì)能增加了1.010

8、2 j【答案】1.0102 j難點(diǎn)突破高考題型2帶點(diǎn)粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分析設(shè)帶電粒子在組合場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上也是運(yùn)動(dòng)過(guò)程的組合，解決方法如下：(1)分別研究帶電粒子在不同場(chǎng)區(qū)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng).在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，若速度方向與電場(chǎng)方向平行，則做勻變速直線運(yùn)動(dòng)；若速度方向與電場(chǎng)方向垂直，則做類平拋運(yùn)動(dòng).(2)帶電粒子經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)利用圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律結(jié)合幾何關(guān)系處理.(3)當(dāng)粒子從一個(gè)場(chǎng)進(jìn)入另一個(gè)場(chǎng)時(shí)，分析轉(zhuǎn)折點(diǎn)處粒子速度的大小和方向往往是解題的突破口.難點(diǎn)突破典例精析【例2】如圖所示，在坐標(biāo)系y軸右側(cè)存在一寬度為a、垂直紙面向外的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為b；在y軸左側(cè)存在與y

9、軸正方向成45角的勻強(qiáng)電場(chǎng).一個(gè)粒子源能釋放質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，粒子的初速度可以忽略.粒子源在點(diǎn)p(a，a)時(shí)發(fā)出的粒子恰好垂直磁場(chǎng)邊界ef射出；將粒子源沿直線po移動(dòng)到q點(diǎn)時(shí)，所發(fā)出的粒子恰好不能從ef射出.不計(jì)粒子的重力及粒子間的相互作用力.求：(1)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度；難點(diǎn)突破【解析】 粒子源在p點(diǎn)時(shí)，粒子在電場(chǎng)中被加速難點(diǎn)突破(2)粒子源在q點(diǎn)時(shí)，粒子從發(fā)射到第二次進(jìn)入磁場(chǎng)的時(shí)間.【解析】粒子源在q點(diǎn)時(shí)，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡與邊界ef相切，由幾何關(guān)系知r2(2 )a粒子在q點(diǎn)射出，開(kāi)始在電場(chǎng)中加速運(yùn)動(dòng)，設(shè)加速度為a1：難點(diǎn)突破進(jìn)入磁場(chǎng)后運(yùn)動(dòng)四分之三個(gè)圓周：第一次出磁場(chǎng)后進(jìn)入電場(chǎng)

10、，做類平拋運(yùn)動(dòng)：難點(diǎn)突破高考預(yù)測(cè)2、如圖所示，在邊長(zhǎng)為l的等邊三角形內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b，在ac邊界的左側(cè)有與ac邊平行的勻強(qiáng)電場(chǎng)，d是底邊ab的中點(diǎn).質(zhì)量為m，電荷量為q的帶正電的粒子(不計(jì)重力)從ab邊上的d點(diǎn)豎直向上射入磁場(chǎng)，恰好垂直打在ac邊上.(1)求粒子的速度大?。浑y點(diǎn)突破【解析】粒子進(jìn)、出磁場(chǎng)的速度方向分別與ab、ac邊垂直，則a為粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心，可知粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為 l難點(diǎn)突破(2)粒子離開(kāi)磁場(chǎng)后，經(jīng)一段時(shí)間到達(dá)ba延長(zhǎng)線上n點(diǎn)(圖中沒(méi)有標(biāo)出)，已知nal，求勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度.【解析】粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，粒子在垂直電場(chǎng)線方向做

11、勻速直線運(yùn)動(dòng)，位移為：xnqlsin 60沿電場(chǎng)線方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，位移為：難點(diǎn)突破高考題型3帶點(diǎn)粒子在周期性變化的電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分析變化的電場(chǎng)或磁場(chǎng)往往具有周期性，粒子的運(yùn)動(dòng)也往往具有周期性.這種情況下要仔細(xì)分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程、受力情況，弄清楚帶電粒子在變化的電場(chǎng)、磁場(chǎng)中各處于什么狀態(tài)，做什么運(yùn)動(dòng)，畫出一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)徑跡的草圖.難點(diǎn)突破典例精析【例3】如圖甲所示，在xoy平面內(nèi)存在均勻、大小隨時(shí)間周期性變化的磁場(chǎng)和電場(chǎng)，變化規(guī)律分別如圖乙、丙所示(規(guī)定垂直紙面向里為磁感應(yīng)強(qiáng)度的正方向、y軸方向?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度的正方向).在t0時(shí)刻由原點(diǎn)o發(fā)射初速度大小為v0，方向沿y軸方向的帶負(fù)電粒子(

12、不計(jì)重力).其中已知v0、t0、b0、e0，且難點(diǎn)突破【解析】在0t0時(shí)間內(nèi)，粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)洛倫茲力提供向心力可得：難點(diǎn)突破(2)粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中偏離x軸的最大距離.【解析】在t02t0時(shí)間內(nèi)，粒子經(jīng)電場(chǎng)加速后的速度為v，粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示1.5 v0t0難點(diǎn)突破(3)粒子經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)過(guò)a點(diǎn).所以，粒子運(yùn)動(dòng)至a點(diǎn)的時(shí)間為：t32t0【答案】 32t0難點(diǎn)突破3、如圖甲所示，y軸右側(cè)空間有垂直xoy平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，同時(shí)還有沿y方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)(圖中電場(chǎng)未畫出)，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示(圖中b0已知，其余量均為未知).t0時(shí)刻，一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子以速度v0從

13、坐標(biāo)原點(diǎn)o沿x軸射入電場(chǎng)和磁場(chǎng)區(qū)，t0時(shí)刻粒子到達(dá)坐標(biāo)為(x0，y0)的點(diǎn)a(x0y0)，速度大小為v，方向沿x方向，此時(shí)撤去電場(chǎng).tt0t1t2時(shí)刻，粒子經(jīng)過(guò)x軸上xx0點(diǎn)，速度沿x方向.不計(jì)粒子重力，求：高考預(yù)測(cè)難點(diǎn)突破(1)0t0時(shí)間內(nèi)oa兩點(diǎn)間電勢(shì)差uoa；【解析】帶電粒子由o到a運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由動(dòng)能定理難點(diǎn)突破(2)粒子在t0時(shí)刻的加速度大小a0；【解析】 設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度大小為e，則uaoey0t0時(shí)刻，由牛頓第二定律得qv0b0qema難點(diǎn)突破(3)b1的最小值和對(duì)應(yīng)t2的表達(dá)式.【解析】 t0t0t1時(shí)間內(nèi)，粒子在小的虛線圓上運(yùn)動(dòng)，t0t1時(shí)刻粒子從c點(diǎn)切入大圓，大圓最大半徑為x0，相

14、應(yīng)小圓最大半徑為r，則對(duì)應(yīng)于b1取最小值，帶電粒子由c點(diǎn)到經(jīng)過(guò)x軸上xx0點(diǎn)的時(shí)間t2滿足拓展練習(xí) 1、如圖所示，空間內(nèi)有方向垂直紙面(豎直面)向里的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域、，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小未知.區(qū)域內(nèi)有豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，區(qū)域內(nèi)有水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，兩區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等.現(xiàn)有一質(zhì)量m0.01 kg、電荷量q0.01 c的帶正電滑塊從區(qū)域左側(cè)與邊界mn相距l(xiāng)2 m的a點(diǎn)以v05 m/s的初速度沿粗糙、絕緣的水平面向右運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入?yún)^(qū)域后，滑塊立即在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，在區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后離開(kāi)磁場(chǎng)落回a點(diǎn).已知滑塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.225，重力加速度g10 m/s2.拓展練習(xí)(1)求勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小e和區(qū)域中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小b1；【解析】 滑塊在區(qū)域內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力與電場(chǎng)力平衡，則有mgqe滑塊在an間運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)水平向右的方向?yàn)檎较?，由牛頓第二定律可得ag2.25 m/s2由運(yùn)動(dòng)公式可得v2v022al代入數(shù)據(jù)得v4 m/s拓展練習(xí)【答案】10 v/m6.4 t聯(lián)立方程求解得b16.4 t拓展練習(xí)(2)求滑塊從a點(diǎn)出發(fā)到再次落回a點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間t；拓展練習(xí)(3)若滑塊在a點(diǎn)以v09 m/s的初速度沿水平