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】粤教版

第一章　磁场 习题课5　带电粒子在组合场中的运动 第1页 第一章　磁场 5A新学案 物理 · 选择性必修第二册 YJ 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. 关键能力·分析应用 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 __________运动 ____________运动 类平抛 匀速圆周 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( ) A. 2cosθ B. sinθ C. cosθ D. tanθ C 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__________运动，磁场中做圆周运动． 1. 解题的思路方法 类平抛 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． (1) 求粒子的初速度v0大小． 答案：(1) 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) (2) 求匀强电场的电场强度E大小． 答案：(2) 进入电场做类平抛运动，OC＝L，OQ＝2L 答案：(3) 在电场中沿电场方向的速度 则进入磁场区域Ⅱ的速度 设到达Q点时，与y轴负方向夹角为θ，有 在磁场Ⅱ中圆周运动时间为 考向3　带电粒子在磁磁组合场中的运动 带电粒子在组合场中运动时，可能还具有往复性或周期性，过程很复杂．解题时，一定要详细分析过程、认真作出轨迹示意图，注意运动的周期性和粒子在两种场中的关联量，如速度、位移或时间等． (2021·广东省联考)如图所示坐标系xOy中，第一象限内分布着匀强磁场Ⅰ和Ⅱ，OP为分界线，磁场Ⅰ中磁感应强度为2B，方向垂直纸面向里；磁场Ⅱ中磁感应强度为B，方向垂直纸面向外，P点坐标为(4a,3a)．一质量为m、电荷量为＋q的粒子从P点沿y轴负方向射入磁场Ⅱ，经过一段时间后粒子恰能经过原点O.不计粒子重力，求： (1) 粒子从P点运动到O点的最短时间． 答案：(1) 粒子运动轨迹如图所示， (2) 粒子运动速度的大小． 答案：(2) 由题意可知 巩固验收 1. (2022·广东茂名“五校联盟”期末联考)如图所示，在无限长的竖直边界AC和DE间，上、下部分分别充满方向垂直于平面ADEC向外的匀强磁场，上部分区域的磁感应强度大小为B0，OF为上、下磁场的水平分界线，质量为m、电荷量为＋q的粒子从AC边界上与O点相距为a的P点垂直于AC边界射入上方磁场区域，经OF上的Q点第一次进入下方磁场区域，Q点与O点的距离为3a，不考虑粒子重力． (1) 求粒子射入时的速度大小． 答案：(1) 设粒子