第一章 素养提升课(一)带电粒子在复合场中的运动-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义配套课件（教科版）

素养提升课 (一)带电粒子在复合场中的运动 　　　　第一章 磁场对电流的作用 核心素养目标 物理观念 理解组合场和叠加场的特点，会分析粒子在各种场中的受力情况。 科学思维 通过实例分析，掌握带电粒子在组合场和叠加场中的运动规律及分析方法。 课时精练 随堂演练 对点落实 内 容 索 引 如图所示，一带电粒子垂直x轴从P点进入第二象限，一段时间后从y轴上的某点进入第一象限的匀强磁场中。求： (1)在电场中带电粒子做什么运动； 提示：粒子在电场中做类平抛运动。 (2)在磁场中做什么运动？ 提示：粒子在磁场中做匀速圆周运动。 一　带电粒子在组合场中的运动 情境导思 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。 2．三种常用的解题方法 (1)带电粒子在电场中做加速运动，根据动能定理求速度。 (2)带电粒子在电场中做类平抛运动，需要用运动的合成和分解处理。 (3)带电粒子在磁场中的圆周运动，可以根据磁场边界条件，画出粒子轨迹，用几何知识确定半径，然后用洛伦兹力提供向心力和圆周运动知识求解。 要点归纳 3．要正确进行受力分析，确定带电粒子的运动状态 (1)仅在匀强电场中运动 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)仅在匀强磁场中运动 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。 如图所示，真空中有一以O点为圆心的圆形匀强磁场区域，半径为R＝0.5 m，磁场方向垂直纸面向里。在y>R的区域存在一沿y轴负方向的匀强电场，电场强度为E＝1.0×105 V/m。在M点(坐标原点)有一正粒子以速率v＝1.0×106 m/s沿x轴正方向射入磁场，粒子穿出磁场进入电场，速度减小到0后又返回磁场，最终又从磁场离开。已知粒子的比荷为＝ 1.0×107 C/kg，不计粒子重力。求： 典例示范 例1 (1)圆形磁场区域磁感应强度的大小； 答案：0.2 T　 思路点拨 根据题意分析清楚粒子的运动过程、作出粒子的运动轨迹、求出粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径是解题的前提与关键。 (2)沿x轴正方向射入磁场的粒子，从进入磁场到再次穿出磁场所走过的路程。 答案：(0.5π＋1) m 规律总结 带电粒子在组合场中运动问题的分析思路 针对练1.(多选)在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷离子P＋和P3＋，经电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域，如图所示。已知离子P＋在磁场中转过θ＝30°后从磁场右边界射出。则离子P＋和P3＋在电场和磁场中运动时 A．在电场中的加速度之比为1∶1 B．在磁场中运动的半径之比为3∶1 C．在磁场中转过的角度之比为1∶2 D．离开电场区域时的动能之比为1∶3 √ √ 针对练2.如图所示，平面直角坐标系中，存在一个半径R＝0.2 m的圆形匀强磁场区域，磁感应强度B＝1.0 T，方向垂直纸面向外，该磁场区域的右边缘与坐标原点O相切，y轴右侧存在电场强度大小E＝1.0×104 N/C的匀强电场，方向沿y轴正方向，电场区域宽度l＝0.1 m。现从坐标为(－0.2 m，－0.2 m)的P点发射出质量m＝2.0×10－9 kg、电荷量q＝5.0×10－5 C的带正电粒子，沿y轴正方向射入匀强磁场，速度大小v0＝5.0×103 m/s，重力不计。 (1)求该带电粒子射出电场时的位置坐标； 答案：(0.1 m，0.05 m)　 带正电粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qv0B＝m 解得r＝0.20 m＝R， 如图所示，根据几何关系可知，带电粒子恰从O点沿x轴正方向进入电场，带电粒子做类平抛运动，设粒子到达电场边缘时，竖直方向的位移为y，有l＝v0t，y＝ t2 联立解得y＝0.05 m， 所以粒子射出电场时的位 置坐标为(0.1 m，0.05 m)。 (2)为了使该带电粒子能从坐标为(0.1 m，－0.05 m)的点回到电场中，可在紧邻电场的右侧一正方形区域内加匀强磁场，试求所加匀强磁场的磁感应强度大小和正方形区域的最小面积。 答案：4 T　0.02 m2 (1)图甲中带电小球做匀速圆周运动，什么力提供向心力？ 提示：图甲中小球做圆周运动说明了洛伦兹力充当向心力，除洛伦兹力外其它力的合力为零，即此时重力与电场力二力平衡。 (2)图乙中带电小球沿虚线做匀速直线运动说明了什么问题？ 提示：图乙中小球做匀速直线运动，说明小球受到的合力为零，即重力和电场力及洛伦兹力三力处于平衡状态。 二　带电粒子在叠加场中的运动 情境导思 1．叠加场：电场、磁场、重力场叠加，或其中某两场叠加。 2．粒子重力是否考虑 (1)对于微观粒子