专题 带电粒子在复合场中的运动(课件)-【点石成金系列】2021-2022学年高中物理课件（人教版2019选择性必修第二册）

第一章 安培力与洛伦兹力 专题 带电粒子在复合场中的运动 人教版（2019）高中物理选择性必修第一册 主讲人：点石成金 CONTENTS 01 带电粒子在组合场中的运动 02 03 目录 随 堂 训 练 带电粒子在叠加场中的运动 2 1.复合场的分类 (1)叠加场：同一区域内电场、________、重力场共存，或其中某两个场共存. 磁场 交替 (2)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________出现. 基本概念 2.带电粒子在复合场中的运动分类 (1)静止或匀速直线运动 当带电粒子在复合场中所受合外力________时，将处于静止或做匀速直线运动状态. 为零 (2)匀速圆周运动 电场力 当带电粒子所受的重力与___________大小相等、方向相反时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动. (3)非匀变速曲线运动 当带电粒子所受的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时，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. 01 带电粒子在组合场中的运动 安培力与洛伦兹力 4 带电粒子在组合场中的运动,实际上是几个典型运动过程的组合(如:电场中的加速直线运动、类平抛运动、磁场中的匀速圆周运动),因此解决此类问题要分段处理,找出各段之间的衔接点和相关物理量. 1、先电场后磁场 (1)先在电场中做加速直线运动,然后进入磁场做圆周运动.[如图(甲)、(乙)所示],在电场中利用动能定理或运动学公式求粒子刚进入磁场时的速度. 一、带电粒子在组合场中的运动 (2)先在电场中做类平抛运动,然后进入磁场做圆周运动.[如图(丙)、(丁)所示],在电场中利用平抛运动知识求粒子进入磁场时的速度. 例1.(多选)一个带电粒子(重力不计)以初速度 v0 垂直于电场方向向右射入匀强电场区域，穿出电场后接着又进入匀强磁场区域.设电场和磁场区域有明确的分界线，且分界线与电场强度方向平行，如图中的虚线所示.在图所示的几种情况中，可能出现的是( ) A B C D 解析：A、C 选项中粒子在电场中向下偏转，所以粒子带正电，再进入磁场后，A 图中粒子应逆时针转，A 正确；C 图中粒子应顺时针转，C 错误；同理可以判断 B 错误，D 正确. 答案：AD 例2.如图所示，一个静止的质量为 m、带电荷量为 q 的粒子(不计重力)，经电压 U 加速后垂直进入磁感应强度为 B 的匀强磁场，粒子在磁场中转半个圆周后打在 P 点，设 OP＝x，能够正确反应 x与 U 之间的函数关系的是( ) A B C D B 答案：B 例3、平面直角坐标系 xOy 中，第Ⅰ象限存在垂直于平面向里的匀强磁场，第Ⅲ象限存在沿 y 轴负方向的匀强电场，如图 Z8-1 所示.一带负电的粒子从电场中的 Q 点以速度 v0 沿 x 轴正方向开始运动，Q 点到 y 轴的距离为到 x 轴距离的 2 倍.粒子从坐标原点 O 离开电场进入磁场，最终从 x 轴上的 P 点射出磁场，P 点到 y 轴距离与 Q 点到 y 轴距离相等.不计粒子重力，问： (1)粒子到达 O 点时速度的大小和方向. (2)电场强度和磁感应强度的大小之比. 解：(1)在电场中，粒子做类平抛运动，设 Q 点到 x 轴距离为 L，到 y 轴距离为 2L，粒子的加速度为 a，运动时间为 t，有 设磁场的磁感应强度大小为 B，粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为 R，所受的洛伦兹力提供向心力，有 2、先磁场后电场 对于粒子从磁场进入电场的运动,常见的有两种情况: (1)粒子进入电场时的速度方向与电场方向相同或相反,如图甲所示,做匀变速直线运动。 (2)粒子进入电场时的速度方向与电场方向垂直,做类平抛运动,如图乙所示。 甲 乙 方法技巧 带电粒子在不同场中的运动性质一般不同,所以组合场问题才显得复杂.而联系各个场中运动的关键物理量是速度,所以分析组合场问题的突破口就是分析各个场分界处的速度,包括其大小和方向. 例4、如图所示,在x轴上方存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外;在x轴下方存在匀强电场,电场方向与xOy平面平行,且与x轴成45°角。一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子以初速度v0从y轴上的P点沿y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T0,磁场的方向变为垂直于纸面向里,大小不变。不计重力。 (1)求粒子从P点出发至第一次到达x轴时所需的时间; (2)若要使粒子能够回到P点,求电场强度的最大值。 答案　(1) 　(2)  解析　(1)带电粒子在匀强磁场中做圆周运动,设运动半径为R,运动周期为T,根据洛伦兹力公式及圆周运动规律,有 qv0B=