第9章 第4讲 “带电粒子在叠加场中运动”的分类强化（课件PPT）-【新高考方案】2024高考物理一轮复习（老教材 新高考）

第4讲　“带电粒子在叠加场中运动”的分类强化 类型(一)　重力场、电场、磁场的叠加问题 1．叠加场 在同一区域电场、磁场、重力场三场共存，或其中某两场共存的状态。 2．三种可能的叠加场 (1)重力场与磁场的叠加 ①若重力和洛伦兹力平衡，则带电粒子做匀速直线运动。 ②若重力和洛伦兹力不平衡，则带电粒子将做复杂的曲线运动，因洛伦兹力不做功，故机械能守恒，由此可求解有关问题。 (2)电场与磁场的叠加 ①若电场力和洛伦兹力平衡，则带电粒子做匀速直线运动。 ②若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电粒子将做复杂的曲线运动，因洛伦兹力不做功，可用动能定理求解有关问题。 (3)电场、磁场与重力场的叠加 ①若三力平衡，一定做匀速直线运动。 ②若重力与电场力平衡且速度方向与磁场方向垂直，一定做匀速圆周运动。 ③若合力不为零且与速度方向不垂直，将做复杂的曲线运动，因洛伦兹力不做功，可用能量守恒定律或动能定理求解有关问题。 3．“三步法”突破叠加场问题 [考法全析] 考法(一)　重力场与磁场的叠加 [例1]　 (多选)如图所示，半圆形光滑绝缘轨道固定在竖直平面 内，O点为其圆心，P点为轨道最低点，两个端点M、N与O等高，匀 强磁场方向与轨道平面垂直。现将一个带负电的小球自M点由静止释放，它将沿轨道做往复运动，下列说法中正确的是 (　 ) A．小球由M到N与由N到M所经历的时间相等 B．小球由M到P与由N到P过程中重力对小球做的功相等，但洛伦兹力做的功不相等 C．小球由M到P与由N到P过程中所受合外力的冲量大小相等 D．小球经过轨道最低点时对轨道的压力大小是相等的 [解析]　小球所受的洛伦兹力与速度方向垂直不做功，轨道光 滑没有摩擦力，只受重力作用，小球机械能守恒，故小球由M到N 与由N到M所经历的时间相等，A正确；小球由M到P与由N到P过程 中重力对小球做的功相等，小球所受的洛伦兹力不做功，B错误；根据动量定理公式Ft＝mΔv，小球机械能守恒，故小球从M到P与由N到P过程中速度变化量大小相等，所以在此过程中所受合外力的冲量大小相等， C正确；根据左手定则，小球从M到P的过程中到达P时所受洛伦兹力方向竖直向下，根据合力提供向心力对小球受力分析， [答案]　AC A．无论磁感应强度大小如何，获得初速度后的瞬间，小球在最低点一定受到管壁的弹力作用 B．无论磁感应强度大小如何，小球一定能到达环形细圆管的最高点，且小球在最高点一定受到管壁的弹力作用 C．无论磁感应强度大小如何，小球一定能到达环形细圆管的最高点，且小球到达最高点时的速度大小都相同 D．小球在从环形细圆管的最低点运动到所能到达的最高点的过程中，水平方向分速度的大小一直减小 答案：BC　 考法(二)　电场与磁场的叠加 [例2]　如图所 示，在坐标系xOy平面的x＞0区域内，存在电场强 度大小E＝2×105 N/C、方向垂直于x轴的匀强电场和磁感应强度大小 B＝0.2 T、方向与xOy平面垂直向外的匀强磁场。在y轴上有一足够长 的荧光屏PQ，在x轴上的M(10,0)点处有一粒子发射枪向x轴正方向连 续不断地发射大量质量m＝6.4×10－27 kg、电荷量q＝3.2×10－19 C 的带正电粒子(重力不计)，粒子恰能沿x轴做匀速直线运动。若撤去电场，并使粒子发射枪以M点为轴在xOy平面内以角速度ω＝2π rad/s顺时针匀速转动(整个装置都处在真空中)。 (1)判断电场方向，求粒子离开发射枪时的速度大小； (2)带电粒子在磁场中运动的轨迹半径； (3)荧光屏上闪光点的范围距离。 [针对训练] 2．(2022·全国甲卷)空间存在着匀强磁场和匀强电场，磁场的方向垂直于纸面(xOy平面)向里，电场的方向沿y轴正方向。一带正电的粒子在电场和磁场的作用下，从坐标原点O由静止开始运动。下列四幅图中，可能正确描述该粒子运动轨迹的是(　　) 解析：在xOy平面内电场的方向沿y轴正方向，故在坐标原点O由静止开始运动的带正电粒子在电场力作用下会向y轴正方向运动。磁场方向垂直于纸面向里，根据左手定则，可判断出向y轴正方向运动的粒子同时受到沿x轴负方向的洛伦兹力，故带电粒子向x轴负方向偏转，A、C错误；由于匀强电场方向沿y轴正方向，故x轴为匀强电场的等势面，从开始到带电粒子偏转再次运动到x轴时，电场力做功为0，洛伦兹力不做功，故带电粒子再次回到x轴时的速度为0，因受电场力作用再次进入第二象限重复向左偏转，故B正确，D错误。 答案：B　 考法(三)　电场、磁场与重力场的三场叠加 答案：BD　 类型(二)　STSE中的叠加场模型 模型(一)　速度选择器 1．原理：平行板中匀强电场E和匀强磁场B互相垂直。E与B的方向要匹配，有如图甲、乙两种方向组合，带电粒子沿直线匀速通过速度选择器时有qvB＝qE。 [例