高中物理 第3章 專題 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件 新人教版選修3-1.ppt

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第三章磁場(chǎng) 專題帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1 理解帶電粒子在電場(chǎng)中和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的不同點(diǎn) 2 會(huì)分析帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 要點(diǎn)一帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)規(guī)律1 復(fù)合場(chǎng)指重力場(chǎng) 磁場(chǎng)和電場(chǎng)并存 或其中某兩場(chǎng)并存 或分區(qū)域存在 粒子連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí) 一般要同時(shí)考慮重力 洛倫茲力和靜電力的作用 2 三種場(chǎng)的不同特點(diǎn)比較 3 運(yùn)動(dòng)情況分析 1 當(dāng)帶電體所受合外力為零時(shí) 將處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2 當(dāng)帶電體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí) 洛倫茲力提供向心力 其余各力的合力必為零 3 當(dāng)帶電體所受合力大小與方向均變化時(shí) 將做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng) 這類問(wèn)題一般只能用能量關(guān)系來(lái)處理 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí) 重力是恒力 電場(chǎng)力可能是恒力 勻強(qiáng)電場(chǎng) 也可能是變力 非勻強(qiáng)電場(chǎng) 若帶電粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng) 洛倫茲力一般為恒力 若做曲線運(yùn)動(dòng) 洛倫茲力一定是變力 要點(diǎn)二帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1 帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的區(qū)別 2 在電場(chǎng)和磁場(chǎng)組合而成的組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子分別在兩個(gè)區(qū)域中做類平拋和勻速圓周運(yùn)動(dòng) 通過(guò)連接點(diǎn)的速度將兩種運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái) 一般可用類平拋和勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律求解 另外 準(zhǔn)確畫(huà)好運(yùn)動(dòng)軌跡圖是解題的關(guān)鍵 2014 日照一模 靜止于A處的離子 經(jīng)加速電場(chǎng)加速后沿圖中圓弧虛線通過(guò)靜電分析器 并從P點(diǎn)垂直CF進(jìn)入矩形區(qū)域的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng) 靜電分析器通道內(nèi)有均勻輻射分布的電場(chǎng) 已知圓弧虛線的半徑為R 其所在處場(chǎng)強(qiáng)為E 方向如圖所示 離子質(zhì)量為m 電荷量為q QF a PF 1 5a 磁場(chǎng)方向垂直紙面向里 離子重力不計(jì) 1 求加速電場(chǎng)的電壓U 2 若離子能最終打在QF上 求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的取值范圍 2 如圖所示 方法總結(jié) 解決電磁場(chǎng)問(wèn)題把握三點(diǎn) 1 明確電磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)知識(shí)及磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性知識(shí) 2 畫(huà)軌跡示意圖 明確運(yùn)動(dòng)性質(zhì) 3 注意兩個(gè)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的聯(lián)系 變式訓(xùn)練1 1 答案 1 見(jiàn)解析 2 R 0 4m 3 Ek 7 68 10 18J 答案 D 方法總結(jié) 由于洛倫茲力永不做功 所以除洛倫茲力外的其他力做功的代數(shù)和必須為零 才能保證帶電粒子動(dòng)能不變 做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 若除洛倫茲力外的其他力為恒定的力 則其他力的矢量和必為零 如圖甲所示 寬度為d的豎直狹長(zhǎng)區(qū)域內(nèi) 邊界為L(zhǎng)1 L2 存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和豎直方向上的周期性變化的電場(chǎng) 如圖乙所示 電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E0 E 0表示電場(chǎng)方向豎直向上 t 0時(shí) 一帶正電 質(zhì)量為m的微粒從左邊界上的N1點(diǎn)以水平速度v射入該區(qū)域 沿直線運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)后 做一次完整的圓周運(yùn)動(dòng) 再沿直線運(yùn)動(dòng)到右邊界上的N2點(diǎn) Q為線段N1N2的中點(diǎn) 重力加速度為g 上述d E0 m v g為已知量 變式訓(xùn)練2 1 1 求微粒所帶電荷量q和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小 2 求電場(chǎng)變化的周期T 3 改變寬度d 使微粒仍能按上述運(yùn)動(dòng)過(guò)程通過(guò)相應(yīng)寬度的區(qū)域 求T的最小值 答案 見(jiàn)解析 2014 廣東模擬 如圖所示 在一根一端封閉 內(nèi)壁光滑的直管MN內(nèi)有一個(gè)帶正電的小球 空間中充滿豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 開(kāi)始時(shí) 直管水平放置 且小球位于管的封閉端M處 現(xiàn)使直管沿水平方向向右勻速運(yùn)動(dòng) 經(jīng)一段時(shí)間后小球到達(dá)管的開(kāi)口端N處 在小球從M到N的過(guò)程中 A 磁場(chǎng)對(duì)小球不做功B 直管對(duì)小球做正功C 小球所受磁場(chǎng)力的方向不變D 小球的運(yùn)動(dòng)軌跡是一直線 解析 洛倫茲力始終與小球的運(yùn)動(dòng)方向垂直 不做功 故A選項(xiàng)正確 分析運(yùn)動(dòng)過(guò)程中小球的受力 重力 洛倫茲力 管對(duì)球的彈力 小球水平運(yùn)動(dòng)重力不做功 洛倫茲力不做功 小球運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)增加了M到N方向上的速度 動(dòng)能增加 根據(jù)動(dòng)能定理可知管對(duì)小球的彈力做正功 故B選項(xiàng)正確 開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí) 小球存在水平向右的速度v0 洛倫茲力大小恒為qv0B 方向與速度v0垂直 由M到N 這樣產(chǎn)生了M到N方向的速度v1 小球在水平向右的方向做勻速直線運(yùn)動(dòng) 在M到N的方向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 即類平拋運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)的軌跡是拋物線 洛倫茲力與速度方向垂直 速度不斷變化 洛倫茲力方向不斷變化 故C D選項(xiàng)錯(cuò)誤 答案 AB 方法總結(jié) 帶電體受力的動(dòng)態(tài)分析方法是 1 進(jìn)行受力分析 2 明確各量的動(dòng)態(tài)變化 找出臨界狀態(tài) 3 選擇平衡條件 牛頓第二定律 運(yùn)動(dòng)學(xué)等相關(guān)知識(shí)進(jìn)行求解 2015 邯鄲聯(lián)考 一質(zhì)量為m 電荷量為 q的圓環(huán) 可在水平放置的足夠長(zhǎng)的粗糙細(xì)桿上滑動(dòng) 細(xì)桿處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 現(xiàn)給圓環(huán)向右的初速度v0 以后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中圓環(huán)運(yùn)動(dòng)的速度圖象可能是 變式訓(xùn)練3 1 解析 小環(huán)受到向下的重力 向上的洛倫茲力和支持力作用 當(dāng)qvB mg時(shí) 小環(huán)做勻速運(yùn)動(dòng) A選項(xiàng)正確 當(dāng)qvB mg時(shí) FN qvB mg 摩擦力提供加速度 FN ma 小環(huán)做加速度逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng) 直到qvB mg時(shí) 小環(huán)開(kāi)始做勻速運(yùn)動(dòng) D選項(xiàng)正確 當(dāng)qvB mg時(shí) FN mg qvB FN ma 小環(huán)做加速度逐漸增大的減速運(yùn)動(dòng) 直至停止 其v t圖象的斜率應(yīng)該逐漸增大 B C選項(xiàng)錯(cuò)誤 答案 AD 1 2014 汕頭模擬 如圖 初速度可忽略 質(zhì)量相同 電量分別為q和3q的粒子P和M 經(jīng)電壓為U的電場(chǎng)加速后 垂直進(jìn)入方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域 不計(jì)粒子重力 下列表述正確的是 A P和M離開(kāi)電場(chǎng)區(qū)域時(shí)的動(dòng)能相同B P和M在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度之比為1 3C P在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑較大D M在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期較大 答案 BC 3 如圖所示 一個(gè)帶電的小球從P點(diǎn)自由下落 P點(diǎn)距場(chǎng)區(qū)邊界MN高為h 邊界MN下方有方向豎直向下 電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng) 同時(shí)還有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 小球從邊界上的a點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)與磁場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)后 恰能做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 并從邊界上的b點(diǎn)穿出 已知ab L 求 1 小球的帶電性質(zhì)及其電荷量與質(zhì)量的比值 2 該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向 3 小球從P經(jīng)a至b時(shí) 共需時(shí)間為多少 解析 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 則重力和電場(chǎng)力平衡 洛倫茲力提供做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力 1 重力和電場(chǎng)力平衡 電場(chǎng)力方向向上 電場(chǎng)方向向下 則為負(fù)電荷 由mg Eq 比荷q m g E