第1章 拓展课3 带电粒子在复合场中的运动（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册（人教版2019）

拓展课三　带电粒子在复合场中的运动 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 知道叠加场、组合场的概念。 1.能够运用运动组合的理念分析带电粒子在组合场中的运动。 2．能分析带电粒子在叠加场中的受力情况和运动情况，能够正确选择物理规律解答问题。 了解电磁现象在现代科技中的应用。 [对应学生用书P27] 探究点一　带电粒子在叠加场中的运动　(科学思维之提升)_ ►要点归纳 1．叠加场：电场、磁场、重力场共存，或其中某两种场共存。 2．带电体在叠加场中运动的几种情况 如图所示，匀强磁场垂直于纸面向里，匀强电场竖直向下。一带负电的粒子从左边沿水平方向射入复合场区域。 (1)若考虑重力，且mg＝qE，则粒子做匀速圆周运动。 (2)若不计重力，且qvB＝qE，则粒子做匀速直线运动。 (3)若不计重力，且qvB≠qE，则粒子做变加速曲线运动。 3．基本思路 (1)弄清叠加场的组成。 (2)进行受力分析。 (3)确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合。 (4)画出粒子的运动轨迹，灵活选择不同的运动规律。 ①当带电粒子做匀速直线运动时，根据受力平衡列方程求解。 ②当带电粒子做匀速圆周运动时，一定是静电力和重力平衡，洛伦兹力提供向心力，应用平衡条件和牛顿运动定律分别列方程求解。 ③当带电粒子做复杂曲线运动时，一般用动能定理或能量守恒定律求解。 4．电磁现象的应用 装置 原理图 规律 速度选 择器 若qv0B＝Eq，即v0＝，粒子做匀速直线运动 磁流体 发电机 等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板带正、负电荷，两极间电压为U时稳定，q＝qv0B，U＝Bdv0 电磁流 量计 q＝qvB，所以v＝，所以Q＝vS＝ 霍尔元件 当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差 ►对点例练 (多选)(2022·贵州遵义高二期末)如图所示，是磁流体发电机的示意图。将等离子体高速喷射到磁场中，磁场对带电流体产生作用，A、B两板间就会产生电压。若平行板A、B的正对面积为S，板间距离为d，A、B间的磁感应强度为B，等离子体的流速为v，等效电阻率为ρ，与极板相连的外电阻为R，则(　　) A．该发电机A板为正极，B板为负极 B．该发动机的电动势为Bdv C．该发电机的输出功率为 D．通过电流表的电流为 BC　解析：根据左手定则，正离子所受洛伦兹力向下，正离子打在B板上，该发电机B板为正极，A板为负极，A错误；根据平衡条件得q＝qvB，解得E＝Bdv，B正确；根据I＝，P出＝I2R，结合电阻定律r＝ρ，解得P出＝，C正确；通过电流表的电流为I＝，D错误。 [练1] (多选)(2022·广东深圳高二期末)如图所示是电磁流量计的示意图。圆管由非磁性材料制成，空间有匀强磁场。当管中的待测液体从右向左流过磁场区域时，测出管壁上M、N两点间的电压U，就可以知道管中液体的流量Q(单位时间内流过管道横截面的液体的体积)。已知管的直径为d，磁感应强度为B，则下列说法中正确的是(　　) A．M点电势一定高于N点的电势 B．d越大M、N两点间的电压U越大 C．B越大M、N两点间的电压U越小 D．液体流量Q＝ BD　解析：根据左手定则，在洛伦兹力作用下，正离子向管壁N的一侧集中，而负离子向管壁M的一侧集中，两者之间形成电势差，则N点电势高于M点，A错误；当正负离子受到的静电力与洛伦兹力平衡时，离子不再偏移，此时MN间有稳定的电势差，形成一个匀强电场，设MN两点间的电势差为U，对离子有qvB＝q，解得U＝Bdv，则B、d越大M、N两点间的电压U越大，B正确，C错误；设在时间Δt内流进管道的液体体积为V，则流量Q＝＝＝，D正确。 速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计具有相同的特点，即在稳定状态时，电荷所受的洛伦兹力与静电力均等大反向。 探究点二　带电粒子在组合场中的运动　(科学思维之提升) ►要点归纳 1．组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，一般为两场相邻或在同一区域内电场、磁场交替出现。 2．四种常见的运动模型 (1)带电粒子先在电场中做匀加速直线运动，然后垂直进入磁场做圆周运动，如图所示。 (2)带电粒子先在电场中做类平抛运动，然后垂直进入磁场做圆周运动，如图所示。 (3)带电粒子先在磁场中做圆周运动，然后垂直进入电场做类平抛运动，如图所示。 (4)带电粒子先在磁场Ⅰ中做圆周运动，然后垂直进入磁场Ⅱ做圆周运动，如图所示。 3．要正确进行受力分析，确定带电粒子的运动状态。 (1)仅在电场中运动 ①若初速度v0与电场线平行，粒子做匀变速直线运动； ②若初速度v0与电场线垂直，粒子做类平抛运动。 (2)仅在磁场中运动 ①若初速度v0与磁感线平行，粒子做匀速直线运动； ②若初速度