（人教版）选修3-1物理 第3章 专题 带电粒子在复合场中的运动》ppt课件

（人教版）选修3-1物理 第3章 专题 带电粒子在复合场中的运动》ppt课件内容摘要：

1、专题 带电粒子在复合场中的运动 1 理解带电粒子在电场中和磁场中运动的不同点 2 会分析带电粒子在复合场中的运动 要点一 带电粒子在复合场中运动规律 1 复合场 指重力场 、 磁场和电场并存 ， 或其中某两场并存 ，或分区域存在 粒子连续运动时 ， 一般要同时考虑重力 、 洛伦兹力和静电力的作用 2 三种场的不同特点比较 力的特点 功和能的特点 重力场 (1)大小： G 2)方向：竖直向下 (1)重力做功与路径无关 (2)重力做功改变物体重力势能 静电场 (1)大小： F 2)方向： A 正电荷受力方向与场强方向相同 b负电荷受力方向与场强方向相反 (1)电场力做功与路径无关 (2)W 3)电 2、场力做功改变电势能 磁场 (1)洛伦兹力 f 2)方向符合左手定则 洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的动能 (1)当带电体所受合外力为零时 ， 将处于静止或匀速直线运动状态 (2)当带电体做匀速圆周运动时 ， 洛伦兹力提供向心力 ， 其余各力的合力必为零 (3)当带电体所受合力大小与方向均变化时 ， 将做非匀变速曲线运动 这类问题一般只能用能量关系来处理 带电粒子在复合场中运动时 ， 重力是恒力 电场力可能是恒力 (匀强电场 )， 也可能是变力 (非匀强电场 )；若带电粒子做匀速直线运动 ， 洛伦兹力一般为恒力 ， 若做曲线运动 ， 洛伦兹力一定是变力 要点二 带电粒子在组合场中的运动 1 带电 3、粒子在匀强电场和匀强磁场中偏转的区别 垂直电场线进入匀强电场 ( 不计重力 ) 垂直磁感线进入匀强磁场 ( 不计重力 ) 受力 情况 电场力 其大小、方向不变，与速度 v 无关， 洛伦兹力 q v B ，其大小不变，方向随 v 而改变， 轨迹 抛物线 圆或圆的一部分 运动 轨迹 垂直电场线进入匀强电场 ( 不计重力 ) 垂直磁感线进入匀强磁场 ( 不计重力 ) 求解 方法 利用类似平抛运动的规律求解： x vyt ， y 12 ： r m T 2 y 和偏转角 要结合圆的几何关系利用圆周运动规律讨论求解 带电粒子分别在两个区域中做类平抛和匀速圆周运动 ， 通过连接点的速度将两种运动联系起来 ， 4、 一般可用类平抛和匀速圆周运动的规律求解 另外 ， 准确画好运动轨迹图是解题的关键 (2014日照一模 )静止于 经加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器 ， 并从 静电分析器通道内有均匀辐射分布的电场 ， 已知圆弧虚线的半径为 R， 其所在处场强为 E、 方向如图所示；离子质量为 m、 电荷量为q； a， 磁场方向垂直纸面向里；离子重力不计 题 型 1 带电粒子在电场和磁场分离的复合场中的运动 (1)求加速电场的电压 U； (2)若离子能最终打在 求磁感应强度 【解析】 (1) 离子在加速电场中，列动能定理关系式， 12m 静电分析器中，离子做匀速圆周运动，轨迹半径 为 R ，电场力提供 5、向心力， 立两式解得， U (2)如图所示： 要使离子打到 ，磁感应强度较大为 B 1 时，轨迹如 1 所示，轨迹半径 r 1 34a ，根据洛伦兹力提供向心力，q v B 1 ，在静电分析器中，电场力提供向心力， 立解得， B 1 m 3 a 磁感应强度较大为 B 2 时，轨迹如 2 所示，轨迹半径 r 2 a ，同理，根据洛伦兹力提供向心力， q v B 2 ，解得 B 2m a上所述，要使离子打到，磁感应强度满足1aB 43 a 【答案】 (1) (2) 1a q B 43 a q 【 方法总结 】 解决电磁场问题把握三点： (1)明确电磁场偏转知识及磁场中做圆周运动的对称性知识； (2 6、)画轨迹示意图 ， 明确运动性质； (3)注意两个场中运动的联系 变式训练 1右图所示，有界匀强磁场的磁感应强度 B 2 10 3T ；磁场右边是宽度 L m 、场强 E 40 V /m 、方向向左的匀强电场一带电粒子的电荷量 q 3 . 2 1019C ，质量 m 6 . 4 1027k g ，以 v 4 104m / s 的速度沿 垂直射入磁场，在磁场中偏转后进入右侧的电场，最后从电场右边界射出求： (1) 大致画出带电粒子的运动轨迹 ( 画在给出的图中 ) ； (2) 带电粒子在磁场中运动的轨道半径； (3) 带电粒子飞出电场时的动能 解析： (1) 轨迹如图所示 (2) 带电粒子在磁场 7、中运动时， 由牛顿运动定律，有 q v B m 10 27 4 10 19 2 10 3 m 0.4 m. (3) 12m 40 10 19 12 10 27 (4 104)2J 10 18J. 答案： (1)见解析 (2)R 0.4 m (3)10 18 J 题 型 2 带电体在重力、电场力、洛伦兹力作用下做匀速圆周运动 (2014 益阳模拟 ) 如图所示，在互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，电荷量为 q 的液滴在竖直面内做半径为 R 的匀速圆周运动已知电场强度为 E ，磁感应强度为B ，则液滴的质量和环绕速度分别为 ( ) A B 2 D q 析】 根据做匀速圆周运动的条件可知，液滴的合力提 8、供向心力，并且向心力是变力，由于重力、电场力属于恒力，不能提供向心力，可知重力和电场力是一对平衡力， 解得 m 据洛伦兹力充当向心力， q v B 得 v q 入数据得， v D 选项正确， A 、 B 、 C 选项错误 【 答案 】 D 【 方法总结 】 由于洛伦兹力永不做功 ， 所以除洛伦兹力外的其他力做功的代数和必须为零 ， 才能保证带电粒子动能不变 ，做匀速圆周运动 ， 若除洛伦兹力外的其他力为恒定的力 ，则其他力的矢量和必为零 如图甲所示 ， 宽度为 边界为 存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场 (如图乙所示 )， 电场强度的大小为 E 0表示电场方向竖直向上 t 9、 0时 ，一带正电 、 质量为 1点以水平速度 沿直线运动到 做一次完整的圆周运动 ， 再沿直线运动到右边界上的 重力加速度为 d、 m、 v、 变式训练 21)求微粒所带电荷量 的大小； (2)求电场变化的周期 T； (3)改变宽度 d， 使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域 ， 求 解析： (1) 微粒沿直线运动， q v B ， 微粒做圆周运动： m g ， 联立解得微粒所带电荷量 q . 磁感应强度 B 2 E 0v. (2) 设粒子从 的时间为 圆周运动的周期为 微粒直线运动v 微粒做圆周运动： q v B 2 R v 联立 得 t1d2 v； 电场变化的周期 T t2d2 v 10、 (3) 若粒子能 完成题述的运动过程，要求 d 2 R 联立 得 R g. 设 直线运动的最短时间为 tm i n，由 得 tm inv2 g. 因 T 的最小值， Tm tm 2 1 v2 g. 答案： 见解析 (2014广东模拟 )如图所示 ， 在一根一端封闭 、 内壁光滑的直管 空间中充满竖直向下的匀强磁场 开始时 ， 直管水平放置 ， 且小球位于管的封闭端 现使直管沿水平方向向右匀速运动 ， 经一段时间后小球到达管的开口端 在小球从 的过程中 ( ) A 磁场对小球不做功 B 直管对小球做正功 C 小球所受磁场力的方向不变 D 小球的运动轨迹是一直线 题 型 3 在洛伦兹力作用下带电 11、体受力情况的动态分析 【 解析 】 洛伦兹力始终与小球的运动方向垂直 ，不做功 ， 故 析运动过程中小球的受力 ， 重力 、 洛伦兹力 、 管对球的弹力 ， 小球水平运动重力不做功 ， 洛伦兹力不做功 ， 小球运动到 到 动能增加 ， 根据动能定理可知管对小球的弹力做正功 ， 故 始运动时 ， 小球存在水平向右的速度 洛伦兹力大小恒为 方向与速度 由 ， 这样产生了 方向的速度 小球在水平向右的方向做匀速直线运动 ， 在 的方向上做匀加速直线运动 ， 即类平抛运动 ， 运动的轨迹是抛物线 ， 洛伦兹力与速度方向垂直 ， 速度不断变化 ， 洛伦兹力方向不断变化 ， 故 C、 【 答案 】 方法总结 】 带电体受力的动态分析方法是： (1)进行受力分析 (2)明确各量的动态变化 ， 找出临界状态 (3)选择平衡条件 、 牛顿第二定律 、 运动学等相关知识进行求解 (2015邯郸联考 )一质量为 m、电荷量为 可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动 细杆处于磁感应强度为 现给圆环向右的初速度 以后的运动过程中圆环运动的速度图象可能是 ( ) 变式训练 3析： 小环受到向下的重力 、 向上的洛伦兹力和支持力作用 ， 当 小环做匀速运动 ， 摩擦力提供加速度 ， 小环做加速度逐渐减小的减速运动 ， 直到q。