202X年高考物理一輪復(fù)習(xí)專題八第3講帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件

1、第3講帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.復(fù)合場(chǎng)的分類(1)疊加場(chǎng)：電場(chǎng)、_、重力場(chǎng)共存，或其中某兩個(gè)場(chǎng)共存.磁場(chǎng)交替(2)組合場(chǎng)：電場(chǎng)與磁場(chǎng)各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊或在同一區(qū)域，電場(chǎng)、磁場(chǎng)_出現(xiàn).2.帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分類(1)靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)為零重力當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中所受合外力_時(shí)，將處于靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài).(2)勻速圓周運(yùn)動(dòng)電場(chǎng)力洛倫茲力當(dāng)帶電粒子所受的_與_大小相等、方向相反時(shí)，帶電粒子在_的作用下，在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng).(3)非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子所受的合外力的大小和方向均變化，且與初速度方向不在同一條直線上時(shí)，粒子做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，這時(shí)粒子運(yùn)動(dòng)軌

2、跡既不是圓弧，也不是拋物線.【基礎(chǔ)自測(cè)】1.(多選)一個(gè)帶電粒子(重力不計(jì))以初速度 v0 垂直于電場(chǎng)方向向右射入勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域，穿出電場(chǎng)后接著又進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域.設(shè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)區(qū)域有明確的分界線，且分界線與電場(chǎng)強(qiáng)度方向平行，如圖中的虛線所示.在圖所示的幾種情況中，可能出現(xiàn)的是()ABCD解析：A、C 選項(xiàng)中粒子在電場(chǎng)中向下偏轉(zhuǎn)，所以粒子帶正電，再進(jìn)入磁場(chǎng)后，A 圖中粒子應(yīng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)，A 正確；C 圖中粒子應(yīng)順時(shí)針轉(zhuǎn)，C 錯(cuò)誤；同理可以判斷 B 錯(cuò)誤，D 正確.答案：AD2.如圖 8-3-1 所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向垂直紙面向里，勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向豎直向下，有一正離子恰能以速率 v 沿直線從左向右水平飛越此

3、區(qū)域.下列說法正確的是()A.若一電子以速率 v 從右向左飛入，則該電子將沿直線運(yùn)動(dòng)B.若一電子以速率 v 從右向左飛入，則該電子將向上偏轉(zhuǎn)圖 8-3-1C.若一電子以速率 v 從右向左飛入，則該電子將向下偏轉(zhuǎn)D.若一電子以速率 v 從左向右飛入，則該電子將向下偏轉(zhuǎn)解析：正離子以速率 v 沿直線從左向右水平飛越此區(qū)域，則有：qvBEq.即：vBE，若一電子的速率 v 從左向右飛入此區(qū)域時(shí)，也必有 evBEe.電子沿直線運(yùn)動(dòng).而電子以速率 v 從右向左飛入時(shí)，電子所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力均向上，電子將向上偏轉(zhuǎn)，B 正確，A、C、D 錯(cuò)誤.答案：B3.兩質(zhì)量相同帶電油滴在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng) E 和垂

4、直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng) B 正交的空間做豎直平面內(nèi)的勻速圓周運(yùn))動(dòng)，如圖 8-3-2 所示.則兩油滴一定相同的是(圖 8-3-2運(yùn)動(dòng)周期運(yùn)動(dòng)速率帶電性質(zhì)A.C.運(yùn)動(dòng)半徑B.D.答案：A4.(多選)如圖 8-3-3 所示，某空間存在正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)方向水平向右，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，一帶電微粒從 a 點(diǎn)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)并剛好能沿 ab 直線向上運(yùn)動(dòng)，下列說法中正確的是()圖 8-3-3A.微粒一定帶負(fù)電C.微粒的電勢(shì)能一定增加B.微粒的動(dòng)能一定減小D.微粒的機(jī)械能一定增加解析：如圖 D59，微粒進(jìn)入場(chǎng)區(qū)后沿直線 ab 運(yùn)動(dòng)，則微粒受到的合力或者為零，或者合力方向在 ab 直線上(垂直于運(yùn)動(dòng)方

5、向的合力仍為零).若微粒所受合力不為零，則必然做變速運(yùn)動(dòng)，由于速度的變化會(huì)導(dǎo)致洛倫茲力變化，則微粒在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上的合力不再為零，微粒就不能沿直線運(yùn)動(dòng)，因此微粒所受合力只能為零而做勻速直線運(yùn)動(dòng)；若微粒帶正電，則受力分析如下圖甲所示，合力不可能為零，故微粒一定帶負(fù)電，受力分析如圖乙所示，A 正確，B 錯(cuò)誤；靜電力做正功，微粒電勢(shì)能減小，機(jī)械能增大，C 錯(cuò)誤，D 正確.甲乙圖 D59答案：AD熱點(diǎn) 1 帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)熱點(diǎn)歸納1.帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上是將粒子在電場(chǎng)中的加速與偏轉(zhuǎn)，跟磁偏轉(zhuǎn)兩種運(yùn)動(dòng)組合在一起，有效區(qū)別電偏轉(zhuǎn)和磁偏轉(zhuǎn)，尋找兩種運(yùn)動(dòng)的聯(lián)系和幾何關(guān)系是解題的

6、關(guān)鍵.當(dāng)帶電粒子連續(xù)通過幾個(gè)不同的場(chǎng)區(qū)時(shí)，粒子的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況也發(fā)生相應(yīng)的變化，其運(yùn)動(dòng)過程則由幾種不同的運(yùn)動(dòng)階段組成.項(xiàng)目垂直進(jìn)入磁場(chǎng)(磁偏轉(zhuǎn))垂直進(jìn)入電場(chǎng)(電偏轉(zhuǎn))情景圖受力FBqv0B，大小不變，方向總指向圓心，方向變化，F(xiàn)B為變力FEqE，F(xiàn)E大小、方向不變，為恒力2.“電偏轉(zhuǎn)”和“磁偏轉(zhuǎn)”的比較：(續(xù)表)【典題 1】(2018 年新課標(biāo)卷)一足夠長的條狀區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其在 xOy 平面內(nèi)的截面如圖 8-3-4 所示：中間是磁場(chǎng)區(qū)域，其邊界與 y 軸垂直，寬度為 l，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為 B，方向垂直于 xOy 平面；磁場(chǎng)的上、下兩側(cè)為電場(chǎng)區(qū)域，寬度均為 l，電場(chǎng)強(qiáng)度的

7、大小均為 E，方向均沿 x 軸正方向；M、N 為條形區(qū)域邊界上的兩點(diǎn)，它們的連線與 y 軸平行.一帶正電的粒子以某一速度從 M 點(diǎn)沿 y 軸正方向射入電場(chǎng)，經(jīng)過一段時(shí)間后恰好以從 M 點(diǎn)入射的速度從 N 點(diǎn)沿 y 軸正方向射出.不計(jì)重力.圖 8-3-4(1)定性畫出該粒子在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡.(2)求該粒子從 M 點(diǎn)射入時(shí)速度的大小.(3)若該粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度方向恰好與 x 軸正方向的夾解：(1)粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖 8-3-5 所示.(粒子在電場(chǎng)中的軌跡為拋物線，在磁場(chǎng)中為圓弧，上下對(duì)稱).圖 8-3-5圖 8-3-6(2)粒子從電場(chǎng)下邊界入射后在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng).設(shè)粒子從 M 點(diǎn)射入時(shí)

8、速度的大小為 v0，在下側(cè)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t，加速度的大小為 a；粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度大小為 v，方向與電場(chǎng)方向的夾角為(見圖 8-3-6)，速度沿電場(chǎng)方向的分量為 v1，根據(jù)牛頓第二定律有qEma式中 q 和 m 分別為粒子的電荷量和質(zhì)量，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有v1atlv0tv1vcos 粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)其運(yùn)動(dòng)軌道半徑為 R，由洛倫茲力公式和牛頓第二定律得圖 8-3-7圖 D60方法技巧：解決帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題的思路：(1)首先明確每個(gè)場(chǎng)的性質(zhì)、方向、強(qiáng)弱和范圍.(2)對(duì)帶電粒子進(jìn)行受力分析，確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，分析粒子的運(yùn)動(dòng)過程，畫出運(yùn)動(dòng)軌跡.(3)通過分析，確定粒子

9、從一個(gè)場(chǎng)區(qū)進(jìn)入另一場(chǎng)區(qū)時(shí)的位置、速度大小和方向是解題的關(guān)鍵.靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子在疊加場(chǎng)中所受合力為零時(shí)，將處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)勻速圓周運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場(chǎng)力大小相等，方向相反時(shí)，帶電粒子在洛倫茲力的作用下，在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)較復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子所受合力的大小和方向均變化，且與初速度方向不在同一條直線上時(shí)，粒子做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，這時(shí)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡既不是圓弧，也不是拋物線熱點(diǎn) 2 帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)熱點(diǎn)歸納1.運(yùn)動(dòng)形式：2.分析方法：【典題 2】(多選，2018 年遼寧五校期末)如圖 8-3-8 所示，在足夠大的空間范圍內(nèi)，同時(shí)存在著豎直向

10、上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為 E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B.足夠長的斜面固定在水平面上，斜面傾角為45，有一帶電的小球P靜止于斜面頂端 A 處，且恰好對(duì)斜面無壓力.若將小球 P 以初速度 v0 水平向右拋出(P 可視為質(zhì)點(diǎn))，一段時(shí)間后，小球落在斜面上的 C 點(diǎn).已知小球的運(yùn)動(dòng)軌跡在同一豎直平面內(nèi)，則()A.若拋出的初速度小于 v0，小球在斜面上的落點(diǎn)與 A 點(diǎn)的距離小于 AC 間距B.若拋出的初速度小于 v0，小球落在斜面上的時(shí)間將縮短圖 8-3-8C.若沿豎直向上方向以初速度 v0 拋出小球，小球仍會(huì)落回C 點(diǎn)D.若沿豎直向上方向以初速度 v0 拋出小球，小球不會(huì)落回C 點(diǎn)解析

11、：由題意可知，帶電的小球 P 靜止于斜面頂端 A 處，且恰好對(duì)斜面無壓力，mgqE；由于重力與電場(chǎng)力等大反向合力為零，小球拋出后所受合力為洛倫茲力，小球 P 獲得水平初速度后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從 A 到 C 的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖 D61 所示：圖 D61由對(duì)稱性可得物體 P 落到斜面時(shí)其速度方向與斜面的夾角為 45，則拋出的初速度小于 v0 時(shí)仍做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，但半徑變小，則弦長 AC 變短，而圓心角仍為 90，即運(yùn)動(dòng)時(shí)間不變，A 正確，B 錯(cuò)誤；沿豎直向上方向以初速度 v0 拋出小球還是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且半徑不變，圓心在 A 點(diǎn)右側(cè)，由幾何關(guān)系知軌跡轉(zhuǎn)動(dòng) 270過 C 點(diǎn)，C 正確，D 錯(cuò)誤.答案：

12、AC【遷移拓展】如圖 8-3-9 所示，區(qū)域內(nèi)有與水平方向成45角的勻強(qiáng)電場(chǎng) E1，區(qū)域?qū)挾葹閐1，區(qū)域內(nèi)有正交的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng) B 和勻強(qiáng)電場(chǎng) E2，區(qū)域?qū)挾葹閐2，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，電場(chǎng)方向豎直向下.一質(zhì)量為 m、帶電荷量為 q 的微粒在區(qū)域左邊界的 P 點(diǎn)，由靜止釋放后水平向右做直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入?yún)^(qū)域后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從區(qū)域右邊界上的 Q 點(diǎn)穿出，其速度方向改變了 60，重力加速度為 g，求：(1)區(qū)域和區(qū)域內(nèi)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度 E1、E2 的大小.(2)區(qū)域內(nèi)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的大小.(3)微粒從 P 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到 Q 點(diǎn)的時(shí)間.圖 8-3-9解：(1)微粒在區(qū)域內(nèi)水平向右做直線運(yùn)

13、動(dòng)，則在豎直方向上有qE1sin 45mg微粒在區(qū)域內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則在豎直方向上有(2)設(shè)微粒在區(qū)域內(nèi)水平向右做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度為 a，離開區(qū)域時(shí)速度為 v，在區(qū)域內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為 R，則帶電粒子在交變電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)解決帶電粒子在交變電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題的基本思路：(1)第一象限內(nèi)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的大小.(3)粒子在第四象限中運(yùn)動(dòng)，當(dāng) tnT(nN*)時(shí)，粒子的坐標(biāo).甲乙圖 8-3-10方法技巧：(1)解決帶電粒子在交變電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，關(guān)鍵要明確粒子在不同時(shí)間段內(nèi)、不同區(qū)域內(nèi)的受力特性，對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)情景、運(yùn)動(dòng)性質(zhì)作出判斷.(2)這類問題一般都具有周期性

14、，在分析粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)，要注意粒子的運(yùn)動(dòng)周期、電場(chǎng)周期、磁場(chǎng)周期的關(guān)系.(3)帶電粒子在交變電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)仍遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律、運(yùn)動(dòng)的合成與分解、動(dòng)能定理、能量守恒定律等力學(xué)規(guī)律，所以此類問題的研究方法與質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)相同.【觸類旁通】(2017 年廣東肇慶二模)如圖 8-3-11 甲所示，豎直擋板 MN 左側(cè)空間有方向豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的范圍足夠大，電場(chǎng)強(qiáng)度E40 N/C，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 隨時(shí)間 t 變化的關(guān)系圖象如圖乙所示，選定磁場(chǎng)垂直于紙面向里為正方向.t0 時(shí)刻，一質(zhì)量 m8104 kg、電荷量q2104 C的微粒在O點(diǎn)具有豎直向下的速度 v0.12 m/s，O是擋板 MN 上的一點(diǎn)，直線 OO與擋板MN 垂直，取 g10 m/s2.求：(1)微粒再次經(jīng)過直線 OO時(shí)與 O 點(diǎn)的距離.(2)微粒在運(yùn)動(dòng)過程中離開直線 OO的最大高度.(3)水平移動(dòng)擋板，使微粒能垂直射到擋板上，擋板與 O 點(diǎn)間的距離應(yīng)滿足的條件.甲乙圖 8-3-11則微粒在 5 s 內(nèi)轉(zhuǎn)過半個(gè)圓周，再次經(jīng)直線 OO時(shí)與 O點(diǎn)的距離l2R1.2 m.(2)微粒運(yùn)動(dòng)半周后向上勻