【创新设计】2016届高三物理(鲁科版)一轮复习配套课件：第8章 磁场8-4(小专题)带电粒子在复合场中的运动

1、能力突破能力突破1复合场与组合场复合场与组合场(1)复合场：电场、磁场、重力场共存，或其中某两场共复合场：电场、磁场、重力场共存，或其中某两场共存。存。(2)组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，或在同一区域，电场、磁场分时间段或分区域交替出现。或在同一区域，电场、磁场分时间段或分区域交替出现。第第4课时课时(小专题小专题)带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动知知 识识 梳梳 理理能力突破能力突破2三种场的比较三种场的比较 名称名称力的特点力的特点功和能的特点功和能的特点重力场重力场大小：大小：Gmg方向：竖直向下方向：竖直

2、向下重力做功与路径无关重力做功与路径无关重力做功改变物体的重重力做功改变物体的重力势能力势能静电场静电场大小：大小：FqE方向：正电荷受力方向方向：正电荷受力方向与场强方向相同；负电与场强方向相同；负电荷受力方向与场强方向荷受力方向与场强方向相反相反电场力做功与路径无关电场力做功与路径无关WqU电场力做功改变电势能电场力做功改变电势能磁场磁场洛伦兹力洛伦兹力fqvB方向可用左手定则判断方向可用左手定则判断洛伦兹力不做功，不改洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的动能变带电粒子的动能能力突破能力突破3. 带电粒子在复合场中的运动分类带电粒子在复合场中的运动分类(1)静止或匀速直线运动静止或匀速直线运动

3、：当带电粒子在复合场中所受合外力：当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于静止状态或做匀速直线运动。为零时，将处于静止状态或做匀速直线运动。(2)匀速圆周运动匀速圆周运动：当带电粒子所受的重力与电场力大小相：当带电粒子所受的重力与电场力大小相等，方向相反时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于等，方向相反时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动。匀强磁场的平面内做匀速圆周运动。(3)一般的曲线运动一般的曲线运动：当带电粒子所受合外力的大小和方向均：当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一条直线上，粒子做非匀变速变化，且与初速度方向不在同一

4、条直线上，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线。曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线。(4)分阶段运动分阶段运动：带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合：带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域，其运动情况随区域发生变化，其运动过程由几种不场区域，其运动情况随区域发生变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成。同的运动阶段组成。能力突破能力突破突破一带电粒子在组合场中的运动突破一带电粒子在组合场中的运动“磁偏转磁偏转”和和“电偏转电偏转”的差别的差别电偏转电偏转磁偏转磁偏转偏转条件偏转条件带电粒子以带电粒子以vE进入进入匀强电场匀强电场带电粒子以带电

5、粒子以vB进入匀强进入匀强磁场磁场受力情况受力情况 只受恒定的电场力只受恒定的电场力只受大小恒定的洛伦兹力只受大小恒定的洛伦兹力运动情况运动情况 类平抛运动类平抛运动匀速圆周运动匀速圆周运动运动轨迹运动轨迹 抛物线抛物线圆弧圆弧物理规律物理规律类平抛知识、牛顿第类平抛知识、牛顿第二定律二定律牛顿第二定律、向心力公牛顿第二定律、向心力公式式基本公式基本公式能力突破能力突破【典例典例1】 (2014海南卷海南卷，14)如如图图1所示，在所示，在x轴上方存在匀强轴上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外；在方向垂直于纸面向外；在x轴轴下方存在匀强电场，电场方向下

6、方存在匀强电场，电场方向与与xOy平面平行，且与平面平行，且与x轴成轴成45夹角。一质量为夹角。一质量为m、电荷量为、电荷量为q(q0)的粒子以速度的粒子以速度v0从从y轴轴上上P点沿点沿y轴正方向射出，一段时间后进入电场，进入电场轴正方向射出，一段时间后进入电场，进入电场时的速度方向与电场方向相反；又经过一段时间时的速度方向与电场方向相反；又经过一段时间T0，磁场，磁场方向变为垂直纸面向里，大小不变，不计重力。方向变为垂直纸面向里，大小不变，不计重力。图图1能力突破能力突破(1)求粒子从求粒子从P点出发至第一次到达点出发至第一次到达x轴时所需的时间；轴时所需的时间；(2)若要使粒子能够回到若

7、要使粒子能够回到P点，求电场强度的最大值。点，求电场强度的最大值。能力突破能力突破能力突破能力突破 1. 求解策略：求解策略：“各个击破各个击破”2抓住联系两个场的纽带抓住联系两个场的纽带速度。速度。能力突破能力突破【变式训练变式训练】1如图如图2所示，在坐标系所示，在坐标系xOy的第一象限内斜线的第一象限内斜线OC的上方存的上方存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，第四象限，第四象限内存在磁感应强度大小未知、方向垂直纸面向里的匀强内存在磁感应强度大小未知、方向垂直纸面向里的匀强磁场，第三象限内存在沿磁场，第三象限内存在沿y轴负方向的匀强电场，在轴负

8、方向的匀强电场，在x轴轴负半轴上有一接收屏负半轴上有一接收屏GD，GD2ODd，现有一带电粒，现有一带电粒子子(不计重力不计重力)从从y轴上的轴上的A点，以初速度点，以初速度v0水平向右垂直射水平向右垂直射入匀强磁场，恰好垂直入匀强磁场，恰好垂直OC射出，并从射出，并从x轴上的轴上的P点点(未画未画出出)进入第四象限内的匀强磁场，粒子经磁场偏转后又垂进入第四象限内的匀强磁场，粒子经磁场偏转后又垂能力突破能力突破图图2能力突破能力突破能力突破能力突破能力突破能力突破能力突破能力突破能力突破能力突破突破二带电粒子在叠加复合场中的运动突破二带电粒子在叠加复合场中的运动处理带电粒子在复合场中的运动时，

9、要做到处理带电粒子在复合场中的运动时，要做到“三个分析三个分析”：(1)正确分析受力情况，重点明确重力是否不计和洛伦兹力正确分析受力情况，重点明确重力是否不计和洛伦兹力的方向。的方向。(2)正确分析运动情况，常见的运动形式有：匀速直线运正确分析运动情况，常见的运动形式有：匀速直线运动、匀速圆周运动和一般变速曲线运动。动、匀速圆周运动和一般变速曲线运动。(3)正确分析各力的做功情况，主要分析电场力和重力的正确分析各力的做功情况，主要分析电场力和重力的功，洛伦兹力一定不做功。功，洛伦兹力一定不做功。能力突破能力突破能力突破能力突破做匀速直线运动，到达做匀速直线运动，到达D点后撤去推力。当点后撤去推

10、力。当P1到达倾斜轨道底到达倾斜轨道底端端G点时，不带电的小物体点时，不带电的小物体P2在在GH顶端静止释放，经过时间顶端静止释放，经过时间t0.1 s与与P1相遇。相遇。P1和和P2与轨道与轨道CD、GH间的动摩擦因数均为间的动摩擦因数均为0.5，取，取g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8，物体，物体电荷量保持不变，不计空气阻力。求：电荷量保持不变，不计空气阻力。求：图图3(1)小物体小物体P1在水平轨道在水平轨道CD上运动速度上运动速度v的大小；的大小；(2)倾斜轨道倾斜轨道GH的长度的长度s。能力突破能力突破第一步：仔细读题第一步：仔细读题 抓好抓好“三个分析三个分析

11、”能力突破能力突破第二步：抓住关键点第二步：抓住关键点 挖掘隐含信息挖掘隐含信息能力突破能力突破能力突破能力突破能力突破能力突破答案答案(1)4 m/s(2)0.56 m能力突破能力突破【变式训练变式训练】2一束硼离子以不同的初速度，沿水平方向经过速度选择一束硼离子以不同的初速度，沿水平方向经过速度选择器，从器，从O点进入方向垂直纸面向外的匀强偏转磁场区域，点进入方向垂直纸面向外的匀强偏转磁场区域，分两束垂直打在分两束垂直打在O点正下方的硼离子探测板上点正下方的硼离子探测板上P1和和P2点，点，测得测得OP1 OP22 3，如图，如图4甲所示。速度选择器中匀强甲所示。速度选择器中匀强电场的电场

12、强度为电场的电场强度为E，匀强磁场的磁感应强度为，匀强磁场的磁感应强度为B1，偏转，偏转磁场的磁感应强度为磁场的磁感应强度为B2，若撤去探测板，在，若撤去探测板，在O点右侧的磁点右侧的磁场区域中放置云雾室，硼离子运动轨迹如图乙所示。设硼场区域中放置云雾室，硼离子运动轨迹如图乙所示。设硼离子在云雾室中运动时受到的阻力离子在云雾室中运动时受到的阻力Ffkq，式中，式中k为常为常数，数，q为硼离子的电荷量。不计硼离子重力。求：为硼离子的电荷量。不计硼离子重力。求：能力突破能力突破图图4(1)硼离子从硼离子从O点射出时的速度大小；点射出时的速度大小；(2)两束硼离子的电荷量之比；两束硼离子的电荷量之比

13、；(3)两种硼离子在云雾室里运动的路程之比。两种硼离子在云雾室里运动的路程之比。能力突破能力突破能力突破能力突破(3)设电荷量为设电荷量为q1的硼离子运动路程为的硼离子运动路程为s1，电荷量为，电荷量为q2的硼的硼离子运动路程为离子运动路程为s2，在云雾室内硼离子受到的阻力始终与，在云雾室内硼离子受到的阻力始终与速度方向相反，阻力一直做负功，洛伦兹力不做功，则有速度方向相反，阻力一直做负功，洛伦兹力不做功，则有WFfsEkFfkq能力突破能力突破能力突破能力突破突破三带电粒子在交变电磁场中的运动突破三带电粒子在交变电磁场中的运动带电粒子在交变电磁场中运动的处理方法：带电粒子在交变电磁场中运动的

14、处理方法：(1)弄清复合场的组成特点及场的变化情况。弄清复合场的组成特点及场的变化情况。(2)正确分析带电粒子的受力及运动特点。正确分析带电粒子的受力及运动特点。(3)画出粒子的运动轨迹，灵活选择不同的运动规律。画出粒子的运动轨迹，灵活选择不同的运动规律。【典例典例3】如图如图5甲所示，宽度为甲所示，宽度为d的竖直狭长区域内的竖直狭长区域内(边界为边界为L1、L2)，存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期，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性变化的电场(如图乙所示如图乙所示)，电场强度的大小为，电场强度的大小为E0，E0表示表示电场方向竖直向上。电场方向竖直向上。t

15、0时，一带正电、质量为时，一带正电、质量为m的微粒从左的微粒从左边界上的边界上的N1点以水平速度点以水平速度v射入该区域，沿直线运动到射入该区域，沿直线运动到Q点点后，做一次完整的圆周运动，再沿直线运动到右边界上的后，做一次完整的圆周运动，再沿直线运动到右边界上的N2点。点。Q为线段为线段N1N2的中点，重力加速度为的中点，重力加速度为g。上述。上述d、E0、m、v、g为已知量。为已知量。能力突破能力突破图图5(1)求微粒所带电荷量求微粒所带电荷量q和磁感应强度和磁感应强度B的大小；的大小；(2)求电场变化的周期求电场变化的周期T；(3)改变宽度改变宽度d，使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度

16、的，使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域，求区域，求T的最小值。的最小值。能力突破能力突破第一步：抓住关键点第一步：抓住关键点 获取信息获取信息能力突破能力突破能力突破能力突破能力突破能力突破能力突破能力突破能力突破能力突破带电粒子在复合场中运动的解题模板带电粒子在复合场中运动的解题模板能力突破能力突破【变式训练变式训练】能力突破能力突破能力突破能力突破图图6能力突破能力突破(1)求粒子到达求粒子到达D点时的速率；点时的速率；(2)求磁感应强度求磁感应强度B10.3 T时粒子做圆周运动的周期和半径；时粒子做圆周运动的周期和半径；(3)若在距若在距D点左侧点左侧d21 cm处有一垂直于处有一垂直于MN的足够大的挡的足够大的挡板板ab，求粒子从，求粒子从C点运动到挡板所用的时间。点运动到挡板所用的时间。解析解