《創(chuàng)新設(shè)計》高考物理大一輪復(fù)習(xí)精講磁場 (小專題)帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動（課堂PPT）

1、第第4課時課時(小專題小專題)帶電粒子在復(fù)合場中帶電粒子在復(fù)合場中 的運(yùn)動的運(yùn)動1復(fù)合場與組合場復(fù)合場與組合場(1)復(fù)復(fù)合場：電場、磁場、重力場共存，或其中某兩場共合場：電場、磁場、重力場共存，或其中某兩場共存。存。(2)組合場：電場與磁場各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊，組合場：電場與磁場各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊，或在同一區(qū)域，電場、磁場分時間段或分區(qū)域交替出現(xiàn)?；蛟谕粎^(qū)域，電場、磁場分時間段或分區(qū)域交替出現(xiàn)。2三種場的比較三種場的比較名名稱稱力的特點(diǎn)力的特點(diǎn)功和能的特點(diǎn)功和能的特點(diǎn)重力場重力場大大?。盒。篏mg方向：豎直向下方向：豎直向下重力做功與路徑無關(guān)重力做功與路徑無關(guān)重力做功改變物

2、體的重力重力做功改變物體的重力勢能勢能靜電場靜電場大大小：?。篎qE方向：正電荷受力方向與方向：正電荷受力方向與場強(qiáng)方向相同；負(fù)電荷受場強(qiáng)方向相同；負(fù)電荷受力方向與場強(qiáng)方向相反力方向與場強(qiáng)方向相反電場力做功與路徑無關(guān)電場力做功與路徑無關(guān)WqU電場力做功改變電勢能電場力做功改變電勢能磁場磁場洛洛倫茲力倫茲力FqvB方向可用左手定則判斷方向可用左手定則判斷洛倫茲力不做功，不改變洛倫茲力不做功，不改變帶電粒子的動能帶電粒子的動能3帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動分類帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動分類(1)靜靜止或勻速直線運(yùn)動：當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中所受合外力為止或勻速直線運(yùn)動：當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中所受合外力為零時，

3、將處于靜止?fàn)顟B(tài)或做勻速直線運(yùn)動。零時，將處于靜止?fàn)顟B(tài)或做勻速直線運(yùn)動。(2)勻速圓周運(yùn)動：當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場力大小相等，勻速圓周運(yùn)動：當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場力大小相等，方向相反時，帶電粒子在洛倫茲力的作用下，在垂直于勻強(qiáng)磁方向相反時，帶電粒子在洛倫茲力的作用下，在垂直于勻強(qiáng)磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動。場的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動。(3)一般的曲線運(yùn)動：當(dāng)帶電粒子所受合外力的大小和方向均變一般的曲線運(yùn)動：當(dāng)帶電粒子所受合外力的大小和方向均變化，且與初速度方向不在同一條直線上，粒子做非勻變速曲線化，且與初速度方向不在同一條直線上，粒子做非勻變速曲線運(yùn)動，這時粒子運(yùn)動軌跡既不是圓弧，也不是拋

4、物線。運(yùn)動，這時粒子運(yùn)動軌跡既不是圓弧，也不是拋物線。(4)分階段運(yùn)動：帶電粒子可能依次通過幾個情況不同的復(fù)合場分階段運(yùn)動：帶電粒子可能依次通過幾個情況不同的復(fù)合場區(qū)域，其運(yùn)動情況隨區(qū)域發(fā)生變化，其運(yùn)動過程由幾種不同的區(qū)域，其運(yùn)動情況隨區(qū)域發(fā)生變化，其運(yùn)動過程由幾種不同的運(yùn)動階段組成。運(yùn)動階段組成。突破一帶電粒子在組合場中的運(yùn)動突破一帶電粒子在組合場中的運(yùn)動“磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)”和和“電偏轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)”的差別的差別電偏轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)條件偏轉(zhuǎn)條件帶帶電粒子以電粒子以vE進(jìn)入進(jìn)入勻強(qiáng)電場勻強(qiáng)電場帶電粒子以帶電粒子以vB進(jìn)入進(jìn)入勻強(qiáng)磁場勻強(qiáng)磁場受力情況受力情況只只受恒定的電場力受恒定的電場力只受大小

5、恒定的洛倫只受大小恒定的洛倫茲力茲力運(yùn)動情況運(yùn)動情況類類平拋運(yùn)動平拋運(yùn)動勻速圓周運(yùn)動勻速圓周運(yùn)動運(yùn)動軌跡運(yùn)動軌跡拋拋物線物線圓弧圓弧物理規(guī)律物理規(guī)律類類平拋知識、牛頓第平拋知識、牛頓第二定律二定律牛頓第二定律、向心牛頓第二定律、向心力公式力公式【典例【典例1】 (2014海南卷，海南卷，14)如如圖圖1所示，在所示，在x軸上方存在軸上方存在勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于紙面向外；，方向垂直于紙面向外；在在x軸下方存在勻強(qiáng)電場，電場方向與軸下方存在勻強(qiáng)電場，電場方向與xOy平面平行，且平面平行，且與與x軸成軸成45夾角。一質(zhì)量為夾角。一質(zhì)量為m、電荷量為、電荷

6、量為q(q0)的粒的粒子以速度子以速度v0從從y軸上軸上P點(diǎn)沿點(diǎn)沿y軸正方向射出，一段時間后軸正方向射出，一段時間后進(jìn)入電場，進(jìn)入電場時的速度方向與電場方向相反；又進(jìn)入電場，進(jìn)入電場時的速度方向與電場方向相反；又經(jīng)過一段時間經(jīng)過一段時間T0，磁場方向變?yōu)榇怪奔埫嫦蚶?，大小不，磁場方向變?yōu)榇怪奔埫嫦蚶?，大小不變，不計重力。變，不計重力?1)求粒子從求粒子從P點(diǎn)出發(fā)至第一次到達(dá)點(diǎn)出發(fā)至第一次到達(dá)x軸時所需的時間；軸時所需的時間；(2)若要使粒子能夠回到若要使粒子能夠回到P點(diǎn)，求電場強(qiáng)度的最大值。點(diǎn)，求電場強(qiáng)度的最大值。圖圖1 1 1.求解策略：求解策略：“各個擊破各個擊破”2抓住聯(lián)系兩個場的紐帶

7、抓住聯(lián)系兩個場的紐帶速度。速度。圖圖2突破二帶電粒子在疊加復(fù)合場中的運(yùn)動突破二帶電粒子在疊加復(fù)合場中的運(yùn)動處理帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動時，要做到處理帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動時，要做到“三個分析三個分析”：(1)正正確分析受力情況，重點(diǎn)明確重力是否不計和洛倫茲確分析受力情況，重點(diǎn)明確重力是否不計和洛倫茲力的方向。力的方向。(2)正確分析運(yùn)動情況，常見的運(yùn)動形式有：勻速直線運(yùn)正確分析運(yùn)動情況，常見的運(yùn)動形式有：勻速直線運(yùn)動、勻速圓周運(yùn)動和一般變速曲線運(yùn)動。動、勻速圓周運(yùn)動和一般變速曲線運(yùn)動。(3)正確分析各力的做功情況，主要分析電場力和重力的正確分析各力的做功情況，主要分析電場力和重力的功，洛倫茲

8、力一定不做功。功，洛倫茲力一定不做功。過過D點(diǎn)、垂直于紙面的豎直平面右側(cè)有勻強(qiáng)電場，電場方向點(diǎn)、垂直于紙面的豎直平面右側(cè)有勻強(qiáng)電場，電場方向水平向右，電場強(qiáng)度水平向右，電場強(qiáng)度E1104 N/C。小物體。小物體P1質(zhì)量質(zhì)量m2103 kg、電荷量、電荷量q8106 C，受到水平向右的推力，受到水平向右的推力F9.98103 N的作用，沿的作用，沿CD向右做勻速直線運(yùn)動，到達(dá)向右做勻速直線運(yùn)動，到達(dá)D點(diǎn)后撤去推力。當(dāng)點(diǎn)后撤去推力。當(dāng)P1到達(dá)傾斜軌道底端到達(dá)傾斜軌道底端G點(diǎn)時，不帶電的小點(diǎn)時，不帶電的小物體物體P2在在GH頂端靜止釋放，經(jīng)過時間頂端靜止釋放，經(jīng)過時間t0.1 s與與P1相遇。相遇。

9、P1和和P2與軌道與軌道CD、GH間的動摩擦因數(shù)均為間的動摩擦因數(shù)均為0.5，取，取g10 (1)小物體小物體P1在水平軌道在水平軌道CD上運(yùn)動速度上運(yùn)動速度v的大??；的大??；(2)傾斜軌道傾斜軌道GH的長度的長度s。圖圖3第一步：仔細(xì)讀題抓好第一步：仔細(xì)讀題抓好“三個分析三個分析”【變式訓(xùn)練】【變式訓(xùn)練】2一束一束硼離子以不同的初速度，沿水平方向經(jīng)過速度選擇硼離子以不同的初速度，沿水平方向經(jīng)過速度選擇器，從器，從O點(diǎn)進(jìn)入方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)磁場區(qū)域，點(diǎn)進(jìn)入方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)磁場區(qū)域，分兩束垂直打在分兩束垂直打在O點(diǎn)正下方的硼離子探測板上點(diǎn)正下方的硼離子探測板上P1和和P2點(diǎn)，點(diǎn)

10、，測得測得OP1 OP22 3，如圖，如圖4甲所示。速度選擇器中勻強(qiáng)甲所示。速度選擇器中勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度為電場的電場強(qiáng)度為E，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2，若撤去探測板，在，若撤去探測板，在O點(diǎn)右側(cè)的磁點(diǎn)右側(cè)的磁場區(qū)域中放置云霧室，硼離子運(yùn)動軌跡如圖乙所示。設(shè)場區(qū)域中放置云霧室，硼離子運(yùn)動軌跡如圖乙所示。設(shè)硼離子在云霧室中運(yùn)動時受到的阻力硼離子在云霧室中運(yùn)動時受到的阻力fkq，式中，式中k為常為常數(shù)，數(shù)，q為硼離子的電荷量。不計硼離子重力。求：為硼離子的電荷量。不計硼離子重力。求：(1)硼離子從硼離子從O點(diǎn)射出時的速度

11、大小；點(diǎn)射出時的速度大??；(2)兩束硼離子的電荷量之比；兩束硼離子的電荷量之比；(3)兩種硼離子在云霧室里運(yùn)動的路程之比。兩種硼離子在云霧室里運(yùn)動的路程之比。圖圖4 4 突破三帶電粒子在交變電磁場中的運(yùn)動突破三帶電粒子在交變電磁場中的運(yùn)動帶電粒子在交變電磁場中運(yùn)動的處理方法：帶電粒子在交變電磁場中運(yùn)動的處理方法：(1)弄弄清復(fù)合場的組成特點(diǎn)及場的變化情況。清復(fù)合場的組成特點(diǎn)及場的變化情況。(2)正正確分析帶電粒子的受力及運(yùn)動特點(diǎn)。確分析帶電粒子的受力及運(yùn)動特點(diǎn)。(3)畫畫出粒子的運(yùn)動軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動規(guī)律。出粒子的運(yùn)動軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動規(guī)律?！镜淅镜淅?】如如圖圖5甲所示，寬度為

12、甲所示，寬度為d的豎直狹長區(qū)域內(nèi)的豎直狹長區(qū)域內(nèi)(邊界邊界為為L1、L2)，存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場和豎直方向上，存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場和豎直方向上的周期性變化的電場的周期性變化的電場(如圖乙所示如圖乙所示)，電場強(qiáng)度的大小為，電場強(qiáng)度的大小為E0，E0表示電場方向豎直向上。表示電場方向豎直向上。t0時，一帶正電、時，一帶正電、質(zhì)量為質(zhì)量為m的微粒從左邊界上的的微粒從左邊界上的N1點(diǎn)以水平速度點(diǎn)以水平速度v射入該射入該區(qū)域，沿直線運(yùn)動到區(qū)域，沿直線運(yùn)動到Q點(diǎn)后，做一次完整的圓周運(yùn)動，點(diǎn)后，做一次完整的圓周運(yùn)動，再沿直線運(yùn)動到右邊界上的再沿直線運(yùn)動到右邊界上的N2點(diǎn)。點(diǎn)。Q為線段為線段N1N2的中點(diǎn)，的中點(diǎn)，重力加速度為重力加速度為g。上述。上述d、E0、m、v、g為已知量。為已知量。(1)求微粒所帶電荷量求微粒所帶電荷量q和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。坏拇笮?；(2)求電場變化的周期求電場變化的周期T；(3)改變寬度改變寬度d，使微粒仍能按上述運(yùn)動過程通過相應(yīng)寬度的，使微粒仍能按上述運(yùn)動過程通過相應(yīng)寬度的區(qū)域，求區(qū)域，求T的最小值。的最小值。圖圖5 5 第一步：抓住關(guān)鍵點(diǎn)第一步：抓住關(guān)鍵點(diǎn) 獲取信息獲取信息