拓展資料3：復(fù)合場(chǎng)、交變場(chǎng)、多解性問(wèn)題（高中物理教學(xué)課件）完整版2

拓展資料3：復(fù)合場(chǎng)、交變場(chǎng)、多解性問(wèn)題重力場(chǎng)、勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)的三場(chǎng)合一的兩種特殊運(yùn)動(dòng)1.圓周運(yùn)動(dòng)——必定是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且mg=qE2.直線運(yùn)動(dòng)——必定是勻速直線運(yùn)動(dòng)，且重力與電場(chǎng)力的合力與洛侖茲力平衡EEBB負(fù)電荷，逆時(shí)針，勻速圓周運(yùn)動(dòng)正電荷，勻速直線運(yùn)動(dòng)，Q

P小球做圓周運(yùn)動(dòng)，判斷小球電性及運(yùn)動(dòng)性質(zhì).小球沿PQ做直線運(yùn)動(dòng)，判斷小球電性、運(yùn)動(dòng)方向及運(yùn)動(dòng)性質(zhì).PQ(1)運(yùn)動(dòng)電荷進(jìn)入磁場(chǎng)后(無(wú)其他場(chǎng)),可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng),不可能做類平拋運(yùn)動(dòng).(

)(2)利用磁場(chǎng)控制帶電粒子,既能改變粒子的運(yùn)動(dòng)方向,又能改變粒子的動(dòng)能.(

)(3)運(yùn)動(dòng)電荷進(jìn)入磁場(chǎng)后(無(wú)其他場(chǎng)),可能做勻加速直線運(yùn)動(dòng),不可能做勻速直線運(yùn)動(dòng).(

)(4)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一定要考慮重力.(

)(5)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中不可能處于靜止?fàn)顟B(tài).(

)(6)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中不可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng).(

)(7)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),一定不受洛倫茲力作用.(

)(8)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),一定是重力和電場(chǎng)力平衡,洛倫茲力提供向心力.(

)(9)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)涉及功能關(guān)系時(shí),洛倫茲力可能做功.(

)×√×××××√√判斷正誤1.組合場(chǎng)－先電場(chǎng)后磁場(chǎng)例1.(多選)一個(gè)帶電粒子以初速度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.在如圖所示的幾種情況中,可能出現(xiàn)的是(

)AD一.復(fù)合場(chǎng)變式1.AD一.復(fù)合場(chǎng)45°2.組合場(chǎng)－先磁場(chǎng)后電場(chǎng)或磁場(chǎng)例2.如圖所示,真空中有以O(shè)'為圓心、r為半徑的圓柱形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,圓的最下端與x軸相切于坐標(biāo)原點(diǎn)O,圓的右端與平行于y軸的虛線MN相切,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向外,在虛線MN右側(cè)x軸上方足夠大的范圍內(nèi)有方向豎直向下、場(chǎng)強(qiáng)大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng).現(xiàn)從坐標(biāo)原點(diǎn)O向紙面內(nèi)不同方向發(fā)射速率相同的質(zhì)子,質(zhì)子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑也為r,已知質(zhì)子的電荷量為e,質(zhì)量為m,不計(jì)質(zhì)子的重力、質(zhì)子對(duì)電磁場(chǎng)的影響及質(zhì)子間的相互作用力.求:(1)質(zhì)子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小;(2)沿y軸正方向射入磁場(chǎng)的質(zhì)子到達(dá)x軸所需的時(shí)間.提示：磁場(chǎng)中屬于磁聚焦運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)中類平拋運(yùn)動(dòng)一.復(fù)合場(chǎng)變式2.如圖所示,在坐標(biāo)系xOy中,第一象限內(nèi)充滿著兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)a和b,OP為分界線,在磁場(chǎng)a中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為2B,方向垂直于紙面向里,在磁場(chǎng)b中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直于紙面向外,P點(diǎn)坐標(biāo)為(4l,3l).一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子從P點(diǎn)沿y軸負(fù)方向射入磁場(chǎng)b,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,粒子恰能經(jīng)過(guò)原點(diǎn)O,不計(jì)粒子重力.求:(1)粒子從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)的最短時(shí)間是多少(2)粒子運(yùn)動(dòng)的速度大小可能是多少一.復(fù)合場(chǎng)3.疊加場(chǎng)例3.

(多選)空間內(nèi)存在相互正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),二者都沿水平方向,如圖所示.現(xiàn)有一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的滑塊以速度v0沿傾角為θ的光滑絕緣斜面向上運(yùn)動(dòng),重力加速度為g,則以下分析正確的是(

)A.該滑塊可能帶正電荷,也可能帶負(fù)電荷B.滑塊一定做勻速直線運(yùn)動(dòng)C.滑塊可能做勻變速直線運(yùn)動(dòng)D.斜面對(duì)滑塊的支持力可能為零ACD一.復(fù)合場(chǎng)變式3.如圖所示,xOy在豎直平面內(nèi).x軸下方有勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng).電場(chǎng)強(qiáng)度為E,方向豎直向下;磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向里.將一個(gè)帶電小球從y軸上P(0,h)點(diǎn)以初速度v0豎直向下拋出.小球穿過(guò)x軸后,恰好做勻速圓周運(yùn)動(dòng).不計(jì)空氣阻力,已知重力加速度為g.求:(1)判斷小球帶正電還是帶負(fù)電;(2)小球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑;(3)小球從P點(diǎn)出發(fā),到第二次經(jīng)過(guò)x軸所用的時(shí)間.一.復(fù)合場(chǎng)1.交變磁場(chǎng)例1.

AC二.交變場(chǎng)變式1.二.交變場(chǎng)2.交變電場(chǎng)+恒定磁場(chǎng)例2.如圖甲所示,在邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形abcd區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的左側(cè)有一電子槍,電子槍的陰極在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的電子數(shù)相同,電子槍的兩極間加如圖乙所示的加速電壓,電子從電子槍射出后沿bc方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,已知電子的比荷為e/m,電子運(yùn)動(dòng)中不受任何阻力,電子在電子槍中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間忽略不計(jì).求:(1)進(jìn)入磁場(chǎng)的電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間t1與最短時(shí)間t2的比值;(2)若在0~T0時(shí)間內(nèi)射入磁場(chǎng)的電子數(shù)為N0,則這些電子中有多少個(gè)電子從dc邊射出磁場(chǎng)【答案】(1)6∶1(2)這些電子中有3N0/4個(gè)電子從dc邊射出磁場(chǎng)二.交變場(chǎng)變式2.如圖甲所示,帶正電粒子以水平速度v0從平行金屬板MN間中線OO'連續(xù)射入電場(chǎng)中.MN板間接有如圖乙所示的隨時(shí)間t變化的電壓UMN,兩板間電場(chǎng)可看作是均勻的,且兩板外無(wú)電場(chǎng).緊鄰金屬板右側(cè)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B,分界線為CD,EF為屏幕.金屬板間距為d,長(zhǎng)度為l,磁場(chǎng)的寬度為d.已知:B=5×10-3T,l=d=0.2m,每個(gè)帶正電粒子的速度v0=105m/s,比荷為q/m=108C/kg,重力忽略不計(jì),在每個(gè)粒子通過(guò)電場(chǎng)區(qū)域的極短時(shí)間內(nèi),電場(chǎng)可視作是恒定不變的.試求:(1)帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)的最小半徑;(2)帶電粒子射出電場(chǎng)時(shí)的最大速度;(3)帶電粒子打在屏幕上的范圍.【答案】

(1)0.2m(2)1.414×105m/s(3)O'上方0.2m到O'下方0.18m的范圍內(nèi)二.交變場(chǎng)3.交變磁場(chǎng)+恒定電場(chǎng)例3.如圖甲所示,在坐標(biāo)系xOy中,y軸左側(cè)有沿x軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng),場(chǎng)強(qiáng)大小為E;y軸右側(cè)有如圖乙所示,大小和方向周期性變化的磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B0已知.磁場(chǎng)方向垂直紙面向里為正.t=0時(shí)刻,從x軸上的P點(diǎn)無(wú)初速度釋放一帶正電的粒子,質(zhì)量為m,電荷量為q(粒子重力不計(jì)),粒子第一次在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與第一次在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等.求:(1)P點(diǎn)到O點(diǎn)的距離;(2)粒子經(jīng)一個(gè)周期沿y軸發(fā)生的位移.(3)粒子能否再次經(jīng)過(guò)O點(diǎn)，若不能，說(shuō)明理由，若能，求粒子再次經(jīng)過(guò)O點(diǎn)的時(shí)刻。二.交變場(chǎng)變式3.如圖甲所示,在直角坐標(biāo)系中有兩條與y軸平行的磁場(chǎng)邊界AB和CD,AB、CD與x軸的交點(diǎn)分別為M(2L,0)、N(4L,0).在AB和CD之間存在著垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),在AB與y軸之間存在著沿著y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng).現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為e的電子,在y軸上的P點(diǎn)以初速度v0沿著x軸的正方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng),正好從M點(diǎn)進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng),且速度方向與x軸所成夾角為30°.(1)求勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E.(2)若電子不能越過(guò)邊界CD,求磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)滿足的條件.(3)若電子通過(guò)M點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),磁場(chǎng)隨時(shí)間變化的情況如圖乙所示(垂直紙面向外為正,且不考慮磁場(chǎng)變化所產(chǎn)生的感生電場(chǎng)),要使電子運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后從N點(diǎn)飛出,速度方向與x軸的夾角為30°.求磁場(chǎng)變化的周期T、磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的大小各應(yīng)滿足的表達(dá)式.二.交變場(chǎng)變式4.1.帶電粒子電性不確定形成多解例1.如圖所示,在第一象限內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一對(duì)正、負(fù)電子以相同速率沿與x軸成30°角的方向從原點(diǎn)射入磁場(chǎng),則正、負(fù)離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為(

)A.1∶2 B.2∶1 C.1∶ D.1∶1B三.多解問(wèn)題變式1.如圖所示,寬度為d的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,MM'和NN'是它的兩條邊界.現(xiàn)有質(zhì)量為m,電荷量為q的帶電粒子沿圖示方向垂直磁場(chǎng)射入.要使粒子不能從邊界NN'射出,則粒子入射速率v的最大值可能是多少三.多解問(wèn)題2.磁場(chǎng)方向不確定形成多解例2.(多選)如圖所示,一帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn)在固定的正的點(diǎn)電荷作用下繞該正電荷做勻速圓周運(yùn)動(dòng),周期為T(mén)0,軌道平面位于紙面內(nèi),質(zhì)點(diǎn)速度方向如圖中箭頭所示.現(xiàn)加一垂直于軌道平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),已知軌道半徑并不因此而改變,則(

)A.若磁場(chǎng)方向指向紙里,質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期將大于T0B.若磁場(chǎng)方向指向紙里,質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期將小于T0C.若磁場(chǎng)方向指向紙外,質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期將大于T0D.若磁場(chǎng)方向指向紙外,質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期將小于T0AD三.多解問(wèn)題變式2.BD三.多解問(wèn)題3.帶電粒子速度不確定形成多解例3.

AC三.多解問(wèn)題變式3.如圖所示,在真空中坐標(biāo)xOy平面的x>0區(qū)域內(nèi),有磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0×10-2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向與xOy平面垂直,在x軸上的P(10,0)點(diǎn),有一放射源,在xOy平面內(nèi)向各個(gè)方向發(fā)射速率v=104m/s的帶正電的粒子,粒子的質(zhì)量為m=1.6×10-25kg,電荷量為q=1.6×10-18C,求帶電粒子能打到y(tǒng)軸上的范圍.(不計(jì)粒子的重力)三.多解問(wèn)題4.帶電粒子運(yùn)動(dòng)的周期性形成多解例4.如圖所示,一半徑為R的絕緣圓筒中有沿軸線方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,一質(zhì)量為m,帶電荷量為q的正粒子(不計(jì)重力)以速度為v從筒壁的A孔沿半徑方向進(jìn)入筒內(nèi),設(shè)粒子與筒壁的碰撞無(wú)電荷量和能量的損失,那么要使粒子與筒壁連續(xù)碰撞,繞筒壁一周后恰好又從A孔射出,問(wèn):(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小必須滿足什么條件(2)粒子在筒中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為多少三.多解問(wèn)題θrR變式4.如圖所示,在無(wú)限長(zhǎng)的豎直邊界AC和DE間,上、下部分分別充滿方向垂直于ADEC平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),上部分區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0,OF為上、下磁場(chǎng)的水平分界線.質(zhì)量為m