专题六 第2讲 带电粒子在复合场中的运动-【成功方案】2024年高考物理艺术生文化课总复习教师用书(Word)

第2讲　带电粒子在复合场中的运动 1．带电粒子在电场中常见的运动类型 (1)匀变速直线运动：通常利用动能定理qU＝　mv2－mv　来求解；对于匀强电场，电场力做功也可以用W＝qEd来求解。 (2)偏转运动：一般研究带电粒子在匀强电场中的偏转问题。对于类平抛运动可直接利用__平抛运动的规律__以及推论；较复杂的曲线运动常用__运动的合成与分解__的方法来处理。 2．带电粒子在匀强磁场中常见的运动类型 (1)匀速直线运动：当v∥B时，带电粒子以速度v做__匀速直线__运动。 (2)匀速圆周运动：当v⊥B时，带电粒子在垂直于磁感线的平面内以入射速度做__匀速圆周__运动。 3．复合场中是否需要考虑粒子重力的三种情况 (1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力一般情况下与__电场力__或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些宏观物体，如带电小球、液滴、金属块等一般应__考虑__其重力。 (2)题目中有明确说明是否要考虑重力的情况。 (3)不能直接判断是否要考虑重力的情况，在进行__受力__分析与运动分析时，根据运动状态可分析出是否要考虑重力。 【规律方法】 1．正确分析带电粒子的受力及运动特征是解决问题的前提 带电粒子在复合场中做什么运动。取决于带电粒子所受的__合外力__及初始运动状态的速度。因此应把带电粒子的运动情况和受力情况结合起来进行分析。 2．灵活选用力学规律是解决问题的关键 当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，应根据__平衡条件__列方程求解。 当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，往往同时应用牛顿第二定律和平衡条件列方程联立求解。 当带电粒子在复合场中做非匀变速曲线运动时，应选用动能定理或能量守恒定律列方程求解。 高考题型1　带电粒子在叠加场中的运动分析 【例1】　如图甲所示，水平绝缘板AB的正上方的竖直平面内有一竖直向下的匀强电场E，离板A端正上方高h＝1 m的O点有一发射源，能水平发射质量为m＝1.0×10－9kg、电量大小为q＝8.0×10－10C的带电粒子，带电粒子恰好能沿水平直线从P点飞离电场区域。若在场区再叠加上一水平向内的匀强磁场B，如图乙所示，发现从O点飞出的初速v0＝1.0 m/s的带电粒子恰好能到达板的A端。 (1)求电场强度E的大小和磁感应强度B的大小； (2)若AB板的长度l＝2 m，要使得带电粒子不能击中板且从右侧飞离场区，求带电粒子的最小初速度大小； (3)若AB板换成弹性绝缘板且长度l＝7(2－)m(含场区的宽度)，粒子打到板上时会被反弹(碰撞时间极短)，反弹前后水平分速度不变，竖直分速度大小不变、方向相反。要使带电粒子从右侧离开场区，求带电粒子的最小发射初速度大小及该过程飞行的时间。 [答案]　(1)12.5 N/C　2.5 T　(2)5 m/s (3)(8－4)m/s　s [解析]　(1)依题意，带电粒子恰好能沿水平直线从P点飞离电场区域，有mg＝qE 解得E＝12.5 N/C 带电粒子在复合场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，可得 qv0B＝m 又r＝ 联立，可得B＝＝2.5 T (2)带电粒子以最小初速度飞出时，恰好从板右侧飞离场区，如图 由几何关系可得(r1－h)2＋l2＝r 解得r1＝2.5 m 又qv1B＝m 联立，可得v1＝5 m/s (3)依题意，画出带电粒子以最小初速度飞出时，恰好从板右侧飞离场区的轨迹： 设轨迹圆的半径为r2，由几何关系可得 r2＋r2sin 60°＝h 解得r2＝(4－2)m 又qv2B＝m 联立，可得v2＝(8－4)m/s 由图可知l＝7(2－)m对应的时间为t＝＝s 【技巧点拨】 1．弄清叠加场的组成特点。 2．正确分析带电粒子的受力及运动特点。 3．画出粒子的运动轨迹，灵活选择不同的运动规律。 (1)若只有两个场且正交，合力为零，则表现为匀速直线运动或静止。例如电场与磁场中满足qE＝qvB；重力场与磁场中满足mg＝qvB；重力场与电场中满足mg＝qE。 (2)三场共存时，若合力为零，则粒子做匀速直线运动；若粒子做匀速圆周运动，则有mg＝qE，粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，即qvB＝m。 (3)当带电粒子做复杂的曲线运动或有约束的变速直线运动时，一般用动能定理或能量守恒定律求解。 1．(多选)如图所示，空间存在水平向右的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场，一质量为m、带电量大小为q的小球，以初速度v0沿与电场方向成45°夹角射入场区，能沿直线运动。经过时间t，小球到达C点(图中没标出)，电场方向突然变为竖直向上，电场强度大小不变。已知重力加速度为g，则(　　) A．小球一定带负电 B．时间t内小球做匀速直线运动 C．匀强磁场的磁感应强度为 D．电场方向突然变为竖直向上，则小球做匀加速直线运动 [答案]　BC [解析]　假