第1章 拓展课三 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（鲁科版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 知道复合场、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P23] 探究点一　磁与现代科技　(科学思维之提升)_ ►要点归纳 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，两极板间电压为U时稳定，有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 如图所示为一速度选择器，也称为滤速器的原理图。K为电子枪，由枪中沿KA方向射出的电子，速率大小不一。当电子通过方向互相垂直的匀强电场和匀强磁场后，只有一定速率的电子能沿直线前进，并通过小孔S。设产生匀强电场的平行板间的电压为300 V，间距为5 cm，垂直纸面的匀强磁场的磁感应强度为0.06 T，问： (1)磁场的指向应该向里还是向外？ (2)速率为多大的电子才能通过小孔S? 答案：(1)磁场方向垂直于纸面向里　(2)105 m/s 解析：(1)由题图可知，平行板间的电场强度E方向向下，电子受到的静电力FE＝eE，方向向上。若没有磁场，电子将向上偏转，为了使电子能够穿过小孔S，所加的磁场施于电子的洛伦兹力必须是向下的。根据左手定则分析得出，磁场B的方向应该垂直于纸面向里。 (2)电子受到的洛伦兹力FB＝evB，它的大小与电子的速度v有关。只有那些速度的大小刚好使得洛伦兹力与静电力平衡的电子，才可沿直线KA通过小孔S。根据题意知能够通过小孔S的电子，其速度满足：evB＝eE， 解得v＝。 又因为E＝，所以v＝。 将U＝300 V，B＝0.06 T，d＝0.05 m代入上式，解得v＝105 m/s，即只有速度为105 m/s的电子才可以通过小孔S。 [练1] (2021·北京东城高二期末)磁流体发电机是一项新兴技术，如图所示是它的示意图。平行金属板A、B之间的距离为d，极板面积为S，板间的磁场按匀强磁场处理，磁感应强度为B，两极板连接的外电路由阻值为R1、R2的电阻和电容为C的电容器组成。将等离子体(即高温下电离的气体，含有大量的正、负带电粒子)以速度v沿垂直于B的方向射入磁场，假设等离子体在两极板间的平均电阻率为ρ，忽略极板和导线的电阻，开始时开关S断开。 (1)图中A、B板哪个电势高？ (2)这个发电机的电动势是多大？ (3)开关S闭合后，稳定时电容器的电荷量为多少？ 答案：(1)B板　(2)Bdv　(3) 解析：(1)根据左手定则，判断正粒子向B板聚集，负粒子向A板聚集，故B板电势高。 (2)设发电机的电动势为E，则q＝Bqv 解得E＝Bdv (3)设电源的内阻为r，则电源的内阻 r＝ρ I＝ 电容器两端电压U＝IR1 电容器的电荷量为q＝UC 联立解得q＝ 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电场力均等大反向。 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．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v0与磁感线垂直，粒子做匀速圆周运动。 ►对点例练 (2021·云南昆明高二期末)如图所示，在第一象限内存在方向垂直于xOy平面向外的匀强磁场，在第四象限内存在沿x轴负方向的匀强电场。一质量为m、电荷量为＋q的粒子从y轴上的C点以速度v0射入磁场，在C点速度方向与y轴正方向夹角为60°，一段时间后粒子垂直于x轴从P1(l，0)点离开磁场进入电场，从y轴上的P2点离开电场。不计粒子的重力。求： (1)磁感应强度B的大小； (2)电场强度E的大小；