第1章 习题课5 带电粒子在组合场中的运动-（课件）2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册【南方凤凰台·5A新学案】人教版

第一章　安培力与洛伦兹力 习题课5　带电粒子在组合场中的运动 第1页 第一章　安培力与洛伦兹力 5A新学案 物理 · 选择性必修第二册 关键能力·分析应用 C Thank you for watching 第1页 第一章　安培力与洛伦兹力 5A新学案 物理 · 选择性必修第二册 核心 目标 1. 理解磁偏转与电偏转的区别，掌握受力、运动规律，理解运动特点． 2. 能分析、求解带电粒子在电磁组合场中和磁磁组合场中的运动问题. 分类悟法 组合场：指电场与磁场各位于一定的区域内的情况．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，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． 考向1　“磁偏转”和“电偏转”的比较 电偏转 磁偏转 偏转条件 带电粒子以v⊥E进入匀强电场(不计重力) 带电粒子以v⊥B进入匀强磁场(不计重力) 受力情况 只受恒定的电场力F＝Eq 只受大小恒定的洛伦兹力F＝qvB 运动情况 类平抛运动 匀速圆周运动 电偏转 磁偏转 运动轨迹 抛物线 圆弧 求解方法 利用类平抛运动的规律x＝v0t，y＝eq \f(1,2)at2，a＝eq \f(qE,m)，tanθ＝eq \f(at,v0) 牛顿第二定律、向心力公式r＝eq \f(mv,qB)，T＝eq \f(2πm,qB)，t＝eq \f(θ,2π)T 1. 电偏转指利用电场对运动电荷施加电场力作用，从而控制其运动方向；磁偏转指利用磁场对运动电荷施加洛伦兹力作用，从而控制其运动方向． 2. 电场和磁场对电荷的作用特点不同，这两种偏转有明显的差别． 电场力做功与路径无关，电偏转后带电粒子的动能会发生变化，速度的大小和方向一般也会变化． 而洛伦兹力的方向始终和速度方向垂直，具有永不做功的特点，故磁偏转后带电粒子的动能不变，但速度的方向可能发生变化． 3. 电偏转时横向偏移y和偏转角θ要通过类平抛运动的规律求解，即将粒子的运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀加速直线运动． 磁偏转时横向偏移y和偏转角θ要结合圆的几何关系通过对圆周运动的讨论求解． 　如图甲所示有界匀强磁场Ⅰ的宽度与图乙所示圆形匀强磁场Ⅱ的半径相等，一不计重力的粒子从左边界的M点以一定初速度水平向右垂直射入磁场Ⅰ，从右边界射出时速度方向偏转了θ角；该粒子以同样的初速度沿半径方向垂直射入磁场Ⅱ，射出磁场时速度方向偏转了2θ角．已知磁场Ⅰ、Ⅱ的磁感应强度大小分别为B1、B2，则B1与B2的比值为( ) 甲 　乙 A. 2cosθ B. sinθ C. cosθ D. tanθ 解析：设有界磁场Ⅰ宽度为d，则粒子在磁场Ⅰ和磁场Ⅱ中的运动轨迹分别如图甲、乙所示，由洛伦兹力提供向心力知Bqv＝meq \f(v2,r)，解得B＝eq \f(mv,rq)，由几何关系知d＝r1sinθ，d＝r2tanθ，联立得 eq \f(B1,B2)＝cosθ，C正确． INCLUDEPICTURE"5A22-XZB2WL159.tif" 甲　 乙 考向2　带电粒子在电磁组合场中的运动 这类题型，带电粒子可以从电场到磁场，也可以由磁场到电场，电场中做直线运动或类平抛运动，磁场中做圆周运动． 1. 解题的思路方法 2. 解题的一般步骤 (1) 借助示意图把物理过程划分为几个阶段，弄清楚每个阶段的运动特点和所遵循的规律，灵活运用几何知识． (2) 分析带电粒子的运动过程，画出运动轨迹是解题的关键． ①对于带电粒子在电场中做类平抛运动问题，一般从分析粒子沿电场方向的匀加速直线运动和垂直于电场方向的匀速直线运动入手． ②对于带电粒子在磁场中的匀速圆周运动问题，一般要分析运动轨迹、找圆心、求半径、分析圆心角、列相关方程解决问题． 　如图所示，在平面直角坐标系xOy的第一象限内存在着垂直纸面向里、大小为B的匀强磁场区域Ⅰ，在第三象限内存在另一垂直纸面向里的匀强磁场区域Ⅱ，在第四象限内存在着沿x轴正方向的匀强电场．一质量为m、电荷量为－q的粒子由坐标为(0，eq \r(,3)L)的P点以某一初v0速度进入磁场，速度方向与y轴负方向成60°角．粒子沿垂直x轴方向进入第四象限的电场，经坐标为(0，－2L)的Q点第一次进入第三象限内的磁场区域Ⅱ，粒子重力不计． (1) 求粒子的初速度v0大小． 解析：如图所示作v0的垂线交x轴于A点，由于粒子垂直x轴进入电场区域，故A点为圆周运动的圆心，由几何关系得 R＝2L. 过x轴进入电场的C点坐标为(L,0) 在磁场Ⅰ区域内，洛伦兹力提供向心力，有 qv0B＝meq \f(v\o\al(