高中物理专题十二讲带电粒子在组合场和叠加场中的运动

高中物理专题十二讲带电粒子在组合场和叠加场中的运动带电粒子与电磁场基础组合场与叠加场概述带电粒子在组合场中运动规律带电粒子在叠加场中运动规律实验探究：带电粒子在组合场和叠加场中运动观测与验证总结回顾与拓展延伸contents目录01带电粒子与电磁场基础电荷是物质的一种属性，分为正电荷和负电荷。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。电荷周围存在电场，电场对放入其中的其他电荷有力的作用。电场强度是描述电场强弱的物理量，方向与正电荷所受电场力方向相同。电荷与电场电场电荷磁体周围存在磁场，磁场对放入其中的磁体有力的作用。磁感线是描述磁场分布的物理量，其切线方向表示磁场方向。磁场运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力。洛伦兹力方向垂直于磁场方向和电荷运动方向所构成的平面，遵循左手定则。洛伦兹力磁场及洛伦兹力带电粒子在匀强电场中受到恒定的电场力作用，做匀变速运动。根据牛顿第二定律和运动学公式可求解粒子的运动轨迹和速度等物理量。匀强电场中的运动带电粒子在非匀强电场中受到的电场力随位置变化，因此粒子的运动轨迹和速度等物理量的求解较为复杂，需要采用微积分等方法。非匀强电场中的运动带电粒子在电场中运动匀速圆周运动当带电粒子垂直射入匀强磁场时，洛伦兹力提供向心力，粒子做匀速圆周运动。根据牛顿第二定律和圆周运动公式可求解粒子的轨道半径、周期等物理量。螺旋运动当带电粒子与磁场方向成一定角度射入时，粒子在洛伦兹力作用下做螺旋运动。此时粒子的运动轨迹为螺旋线，其半径和螺距等物理量可通过相关公式求解。带电粒子在磁场中运动02组合场与叠加场概述定义组合场是指电场、磁场、重力场并存，或其中某两种场并存的场。特点带电粒子在这些组合场中运动时，必须同时考虑电场力、洛仑兹力和重力的作用或其中某两种力的作用，因此对粒子的运动分析显得极为复杂。组合场定义及特点叠加场是指同一空间区域内存在着相互独立的几种场。定义当带电粒子在叠加场中所受合外力为0时，粒子将做匀速直线运动或静止；当带电粒子所受合外力与运动方向在同一条直线上时，粒子将做变速直线运动；当带电粒子所受合外力充当向心力时，粒子将做匀速圆周运动。特点叠加场定义及特点组合场与叠加场关系区别组合场中各场力同时存在，相互关联；而叠加场中各场力相互独立。联系两者都是描述物理场中带电粒子的运动情况，需要根据粒子的受力情况和初始条件进行分析。例题1：一带电粒子以速度v射入某一空间后，作直线运动。由此我们可以判断这个空间可能（）典型例题分析A.只存在电场B.只存在磁场C.电场和磁场同时存在典型例题分析ABCD答案带电粒子做直线运动，可能是匀速直线运动，而匀速直线运动所受合力为零，所以可能不受电场力和洛伦兹力，即电场和磁场都不存在；也可能只受电场力但不受洛伦兹力（电荷初速度方向与磁场方向平行）；也可能既受电场力又受洛伦兹力作用（电荷初速度方向与磁场方向不平行，但合力为零，如速度v与B平行，电场E和速度v垂直）。故A、B、C、D选项均正确。解析典型例题分析例题2：一带电粒子在匀强磁场B中所受洛仑兹力F的方向与该粒子所带电荷的电性、粒子在磁场中运动的速度方向、磁感应强度B的方向等物理量的关系，下列说法正确的是（）典型例题分析A.F、v、B三者必定均保持垂直B.F必定垂直于B、v，但B不一定垂直于vC.当v与B垂直时，F最大为F=qvB；当v与B平行时，F=0；当v与B成某一夹角θ（0<θ<90°）时，F≠qvB典型例题分析D.当v与B垂直时，F最大为F=qvB；当v与B平行时，F=0；当v与B成某一夹角θ（0<θ<90°）时，F=qvBsinθ典型例题分析答案：ABD解析：根据左手定则可知：洛仑兹力一定垂直于磁场方向和速度方向所构成的平面，而磁场方向和速度方向不一定垂直。当粒子在磁场中速度方向与磁场方向平行时，不受洛仑兹力作用；当粒子在磁场中速度方向与磁场方向垂直时，所受的洛仑兹力最大为F=qvB；当速度方向与磁场方向成某一夹角θ（0<θ<90°）时，粒子所受的洛仑兹力为F=qvBsinθ。典型例题分析03带电粒子在组合场中运动规律当带电粒子所受合外力为零时，粒子将做匀速直线运动。匀速直线运动匀变速直线运动变加速直线运动当带电粒子所受合外力恒定且与初速度方向在同一直线上时，粒子将做匀变速直线运动。当带电粒子所受合外力变化且与初速度方向在同一直线上时，粒子将做变加速直线运动。030201直线运动规律当带电粒子所受合外力完全提供向心力时，粒子将做匀速圆周运动。匀速圆周运动当带电粒子以一定的初速度进入匀强电场或匀强磁场时，若所受合外力与初速度方向垂直，则粒子将做平抛运动。平抛运动当带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，若同时受到与磁场方向垂直的匀强电场作用，则粒子将做螺旋运动。螺旋运动曲线运动规律简谐振动当带电粒子在周期性变化的电场或磁场中运动时，若所受合外力满足简谐振动的条件，则粒子将做简谐振动。受迫振动当带电粒子在周期性变化的电场或磁场中运动时，若所受合外力不满足简谐振动的条件，但受到周期性外力的作用，则粒子将做受迫振动。周期性运动规律在带电粒子运动过程中，合外力对粒子所做的功等于粒子动能的增量。动能定理在只有重力或弹力做功的情况下，带电粒子和地球组成的系统机械能守恒。机械能守恒定律在带电粒子运动过程中，各种形式的能量之间可以相互转化，但总能量保持不变。能量守恒定律能量转化和守恒定律应用04带电粒子在叠加场中运动规律当带电粒子进入平行板间的叠加场时，会受到电场力和洛伦兹力的作用，其运动轨迹会受到这两个力的共同影响。平行板间电场和磁场的叠加根据带电粒子的初速度、电荷量以及平行板间的电场和磁场强度，可以判定其运动轨迹是直线、圆还是螺旋线。运动轨迹的判定通过对带电粒子在平行板间叠加场中的受力分析，可以得知其运动性质，如匀速直线运动、匀变速直线运动或匀速圆周运动等。运动性质的分析平行板间叠加场运动规律圆柱形区域内电场和磁场的叠加01当带电粒子进入圆柱形区域内的叠加场时，同样会受到电场力和洛伦兹力的作用，但其运动轨迹会受到圆柱形边界的限制。运动轨迹的判定02根据带电粒子的初速度、电荷量以及圆柱形区域内的电场和磁场强度，结合边界条件，可以判定其运动轨迹是直线段、圆弧还是螺旋线。运动性质的分析03通过对带电粒子在圆柱形区域内叠加场中的受力分析，结合边界条件，可以得知其运动性质，如匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动或变速圆周运动等。圆柱形区域内叠加场运动规律其他形状区域内电场和磁场的叠加当带电粒子进入其他形状区域内的叠加场时，其运动轨迹会受到该形状边界的限制，同时受到电场力和洛伦兹力的作用。运动轨迹的判定根据带电粒子的初速度、电荷量以及其他形状区域内的电场和磁场强度，结合边界条件，可以判定其运动轨迹是复杂的曲线。运动性质的分析通过对带电粒子在其他形状区域内叠加场中的受力分析，结合边界条件，可以得知其运动性质，如复杂的变速曲线运动等。其他形状区域内叠加场运动规律

典型例题分析例题一分析带电粒子在平行板间叠加场中的运动情况，并求解其运动轨迹和速度。例题二分析带电粒子在圆柱形区域内叠加场中的运动情况，并求解其运动轨迹和速度。例题三分析带电粒子在其他形状区域内叠加场中的运动情况，并求解其运动轨迹和速度。05实验探究：带电粒子在组合场和叠加场中运动观测与验证探究带电粒子在组合场和叠加场中的运动规律。通过实验观测和验证带电粒子在电磁场中的受力情况和运动轨迹。加深对电磁场理论和带电粒子运动规律的理解。实验目的和原理电磁铁用于产生磁场，可与电场叠加形成组合场。粒子加速器用于产生高速运动的带电粒子。探测器用于观测带电粒子的运动轨迹和测量相关物理量。实验器材和步骤数据采集系统：用于记录实验数据。实验步骤1.调整粒子加速器，产生特定能量和速度的带电粒子。实验器材和步骤

实验器材和步骤2.调整电磁铁，产生所需强度和方向的磁场。3.开启探测器，观测带电粒子的运动轨迹。4.通过数据采集系统记录实验数据。数据处理和分析方法对实验数据进行整理、筛选和计算，得到带电粒子的运动参数，如速度、加速度、偏转角等。数据处理通过图表、公式等方式对实验数据进行可视化展示和深入分析，探究带电粒子在组合场和叠加场中的运动规律。数据分析VS通过实验观测和数据分析，可以得出带电粒子在组合场和叠加场中的运动规律，如带电粒子在匀强磁场中的圆周运动、在电场和磁场叠加场中的螺旋运动等。同时，也可以验证相关电磁场理论和带电粒子运动规律的正确性。误差来源实验误差可能来源于粒子加速器的稳定性、电磁铁的磁场均匀性、探测器的精度和数据采集系统的误差等。为了减小误差，可以采用更精确的测量仪器、改进实验方法和提高实验技能等措施。实验结论实验结论和误差来源06总结回顾与拓展延伸03带电粒子在组合场和叠加场中的运动分析带电粒子在组合场和叠加场中的受力情况，掌握其运动轨迹和速度、加速度等物理量的变化规律。01带电粒子在电场中的加速和偏转通过电场力对带电粒子进行加速和偏转，掌握电场强度和电势差的概念，以及带电粒子在电场中的运动规律。02带电粒子在磁场中的运动理解洛伦兹力的概念，掌握带电粒子在磁场中的圆周运动和螺旋运动规律，以及磁感应强度和磁通量的计算方法。关键知识点总结回顾易错点二对物理量的理解不准确。在处理带电粒子在组合场和叠加场中的运动时，需要准确理解速度、加速度、力等物理量的含义和计算方法。误区一忽视带电粒子的初速度。在处理带电粒子在组合场和叠加场中的运动时，需要注意其初速度对运动轨迹的影响。误区二混淆电场和磁场的性质。电场和磁场虽然都是矢量场，但它们的性质不同，带电粒子在其中的受力情况也不同。易错点一计算失误。在处理带电粒子在组合