1.4.2 洛伦兹力的应用（带电粒子在复合场中的运动）课件-2023-2024学年高二下学期物理教科版（2019）选择性必修第二册

带电粒子在复合场中的运动 (2)组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠或在同一区域， 电场、磁场交替出现。 1、复合场的分类 (1)叠加场：同一区域内电场、磁场、重力场共存，或其中某两个场共存。 当带电粒子所受的重力与电场力大小相等、方向相反时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动. 2、带电粒子在复合场中的运动分类 (1)静止或匀速直线运动 当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于静止或做匀速直线运动状态。 (2)匀速圆周运动 (3)非匀变速曲线运动 当带电粒子所受的合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一条直线上时，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线。 带电粒子在叠加场中的运动 1、处理带电粒子在叠加场中的运动问题时,要做到“三个分析” (1)正确分析受力情况,重点明确重力是否不计和洛伦兹力的方向。 (2)正确分析运动情况,常见的运动形式有:匀速直线运动、匀速圆周运动、一般变速曲线运动等。 (3)正确分析各力的做功情况,主要分析电场力和重力做的功,洛伦兹力一定不做功。 2、带电粒子在叠加场中的运动分类 (1)静止或匀速直线运动: 当带电粒子在叠加场中所受合外力为零时,将处于静止状态或做匀速直线 运动。 (2)匀速圆周运动: 当带电粒子所受的重力与电场力大小相等,方向相反时,带电粒子在洛伦 兹力的作用下,在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动。 (3)一般变速曲线运动: 当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化,且与初速度方向不在同 一条直线上,粒子做非匀变速曲线运动,这时粒子运动轨迹既不是圆弧, 也不是抛物线。 (4)分阶段运动: 带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域,其运动情况随区 域发生变化,其运动过程由几种不同的运动阶段组成。 【知识梳理】 带电粒子在电场、磁场和重力场相互叠加的复合场中运动，或者在其中某两种场相互叠加的复合场中运动，带电粒子会同时受到电场力、洛伦兹力和重力的作用或者受其中某两种力的作用。因此分析带电粒子的受力，确定带电粒子的运动形式就显得尤为重要。 3、带电粒子在叠加场中运动问题的分析方法 叠加场的组成 受力分析 运动分析 分段分析 画出轨迹选择规律 弄清电场、磁场、重力场叠加情况 先重力、再弹力、后摩擦力，然后分析其他力(电场力、洛伦兹力) 注意运动情况和受力情况的结合 粒子通过不同种类的场时，分段讨论 匀速直线运动→平衡条件 匀速圆周运动→牛顿运动定律和圆周运动规律 复杂曲线运动→动能定理或能量守恒定律 （1）若重力和洛伦兹力平衡，则带电粒子在水平方向做匀速直线运动。 1、当重力和洛伦兹力并存 （2）若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体做复杂的曲线运动。涉及时 间的问题只可粗解。不涉及时间的问题，因洛伦兹力不做功，故 利用机械能守恒定律或动能定理可详解。 （3）若沿固定的轨道运动，带电粒子还要受到其它力的作用。可根据 带电粒子运动形式以及涉及的物理量，选择相对应的办法求解。 例1、  (多选)如图所示为一个质量为m、电荷量为+q的圆环,可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动,细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中,不计空气阻力,现给圆环向右的初速度v0,在以后的运动过程中,圆环运动的速度图像可能是图中的 (　 　)     AD 答案    AD　带电圆环在磁场中运动时受到竖直向上的洛伦兹力,当重力与洛伦兹力相等时,圆环将做匀速直线运动,A正确。当洛伦兹力大于重力时,圆环受到摩擦力的作用,并且随着速度的减小而减小,圆环将做加速度减小的减速运动,最后做匀速直线运动,D正确。如果重力大于洛伦兹力,圆环也受摩擦力作用,且摩擦力越来越大,圆环将做加速度增大的减速运动,故B、C错误。 （1）若电场力和洛伦兹力平衡，则带电粒子以大小和方向都唯一确 定的速度做匀速直线运动。 2、当电场力和洛伦兹力并存（不计带电粒子的重力） （2）若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电粒子做复杂的曲线运动。 涉及时间的问题只可粗解。不涉及时间的问题，因洛伦兹力不 做功，只有电场力做功，故利用动能和电势能之和守恒或动能 定理可详解。 例2、如图所示,质量为m、电荷量为q的带电粒子,以初速度v沿垂直磁场方向射入磁感应强度为B的匀强磁场,在磁场中做匀速圆周运动。不计带电粒子所受重力。 (1)求粒子做匀速圆周运动的半径R和周期T; (2)为使该粒子做匀速直线运动,还需要同时存在一个与磁场方向垂直 的匀强电场,求电场强度E的大小。 答案　(1)      　(2)vB 解析　(1)洛伦兹力