高考物理一輪復習講義帶電粒子在組合場及組合場中的運動

帶電粒子運動總結(jié)帶電粒子在組合場中運動電偏轉(zhuǎn)與磁偏轉(zhuǎn)的不同(不計重力)1．組合場：電場與磁場各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊，電場、磁場交替出現(xiàn)。

電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)受力特征只受恒定的電場力F=Eq,方向與

初速度方向垂直只受大小恒定的洛倫茲力F=qv0

B,方向始終與速度方向垂直運動性質(zhì)勻變速曲線運動(類平拋運動)勻速圓周運動軌跡拋物線圓或圓弧運動軌跡?磁場與電場的組合(1)從電場進入磁場電場中:加速直線運動?磁場中:勻速圓周運動?電場中:類平拋運動?磁場中:勻速圓周運動?(2)從磁場進入電場磁場中:勻速圓周運動?v與E同向或反向電場中:勻變速直線運動磁場中:勻速圓周運動?v0與E垂直電場中:類平拋運動?“3步”突破帶電粒子在組合場中的運動問題第1步：分階段(分過程)按照時間順序和進入不同的區(qū)域分成幾個不同的階段；第2步：受力和運動分析，主要涉及兩種典型運動．第3步：用規(guī)律

磁偏轉(zhuǎn)→勻速圓周運動)→定圓心→畫軌跡求法圓周運動公式、牛頓定律以及幾何知識)如圖所示，位于第一象限內(nèi)半徑為R的圓形磁場與兩坐標軸分別相切于P、Q兩點，磁場方向垂直紙面向外，磁感應強度大小為B，第四象限內(nèi)存在沿y軸正方向的勻強電場，電場強度大小為E.Q點有一粒子源，可在xOy平面內(nèi)向各個方向發(fā)射速率均為v的帶正電粒子，其中沿x軸正方向射入磁場的粒子恰好從P點射出磁場．不計重力及粒子之間的相互作用．求帶電粒子的比荷qm；若AQ弧長等于六分之一圓弧，求從磁場邊界上A點射出的粒子，由Q點至第2次穿出磁場所經(jīng)歷的時間．答案：(1)v/BR（2）解析：(1)由幾何關(guān)系得：粒子做圓周運動的半徑r＝R，根據(jù)洛倫茲力提供向心力可得：qvB＝mv2/r，解得：qm＝v/BR；y軸負方向；若AQ弧長等于六分之一圓弧，粒子的運動軌跡如圖所示：粒子在磁場中運動周期：T＝2πRv，粒子在QA段運動時間：t1＝T6，無場區(qū)AB段距離：x＝R－Rcos30°，粒子在AB段運動時間：t2＝2xv，粒子在電場中運動時，由牛頓第二定律得：qE＝ma，在電場中運動時間：t3＝2va，粒子在AC段運動時間：t4＝T3，總時間：t＝t1＋t2＋t3＋t4，代入數(shù)據(jù)得：t＝.如圖所示，在兩水平極板間存在勻強電場和勻強磁場，電場方向豎直向下，磁場方向垂直于紙面向里，一帶電粒子以某一速度沿水平直線通過兩極板。若不計重力，下列四個物理量中哪一個改變時，粒子運動軌跡不會改變()粒子速度的大小

粒子所帶的電荷量

電場強度

磁感應強度【答案】B【解析】帶電粒子在電場和磁場中做勻速直線運動，由平衡條件知qE＝qvB，可以看出，帶電粒子在電場和磁場中運動時，電場強度、磁感應強度以及帶電粒子速度的大小均能影響粒子的運動軌跡，而粒子所帶的電荷量不影響運動軌跡，選項A、C、D不符合要求，選項B正確。3.(多選)如圖所示，兩豎直平行邊界內(nèi)，勻強電場方向豎直(平行紙面)向下，勻強磁場方向垂直紙面向里．一帶負電小球從P點以某一速度垂直邊界進入，恰好沿水平方向做直線運動．若增大小球從P點進入的速度但保持方向不變，則在小球進入的一小段時間內(nèi)()小球的動能減小

小球的電勢能減小小球的重力勢能減小

小球的機械能減小【答案】ACD【解析】帶負電的小球受向下的重力G、向上的電場力F和向下的洛倫茲力F洛，這三個力都在豎直方向上，小球沿水平方向做直線運動，所以小球受到的合力一定是零，小球做勻速直線運動．當小球的入射速度增大時，洛倫茲力增大但不做功，電場力和重力不變，小球?qū)⑾蛳缕D(zhuǎn)，電場力與重力的合力向上，則它們的合力對小球做負功，小球動能減小．電場力對小球做負功，小球的機械能減小，電勢能增大．重力對小球做正功，重力勢能減小，故A、C、D正確，B錯誤．帶電粒子在疊加場中運動一、三種場的比較場力的特點功和能的特點?重力場大小:G=mg方向:豎直向下重力做功與路徑無關(guān)重力做功改變物體的重力勢能?電場大小:F=qE方向:正(負)電荷受力方向與場強方向相同(相反)電場力做功與路徑無關(guān)電場力做功改變物體的電勢能磁場?大小:F=qvB(v⊥B)方向:可用左手定則判斷洛倫茲力不做功,不改變帶電粒

子的動能疊加場:重力場、電場、磁場并存或其中兩場并存于同一區(qū)域內(nèi)。關(guān)于是否考慮粒子重力的三種情況（1）對于微觀粒子，如電子、質(zhì)子、離子等，因為其重力一般情況下與靜電力或磁場力相比太小，可以忽略；而對于一些實際物體，如帶電小球、液滴、塵埃等一般應當考慮其重力。（2）在題目中有明確說明是否要考慮重力的，按題目要求處理。（3）不能直接判斷是否要考慮重力的，在進行受力分析與運動分析時，要結(jié)合運動狀態(tài)確定是否要考慮重力。二、帶電粒子在疊加場中的運動分類1.靜止或勻速直線運動當帶電粒子在疊加場中所受合力為零時,將處于靜止狀態(tài)或做勻速直線運動。2.勻速圓周運動當帶電粒子所受的重力與靜電力大小相等、方向相反時,帶電粒子在洛倫茲力作用下,在垂直于勻強磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運動。較復雜的曲線運動三、解題思路當帶電粒子所受合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時，粒子做非勻變速曲線運動,這時粒子運動軌跡一般既不是圓弧,也不是拋物線。處理帶電粒子在疊加場中的運動的基本思路1.弄清疊加場的組成(電場、磁場、重力場)2.進行受力分析(一場力，二彈力，三摩擦力)3.確定帶電粒子的運動狀態(tài)，注意運動情況和受力情況的結(jié)合4.分段討論，靈活選擇不同的規(guī)律(1)由于洛倫茲力的大小與速度有關(guān)，帶電粒子在含有磁場的疊加場中的直線運動一定為勻速直線運動，根據(jù)平衡條件列式求解(2)當帶電粒子在疊加場中做勻速圓周運動時，一定是電場力和重力平衡，洛倫茲力提供向心力，應用平衡條件和牛頓運動定律分別列方程求解.(3)當帶電粒子做復雜曲線運動時，一般用動能定理或能量守恒定律求解.無約束情況下的運動(1)洛倫茲力、重力并存①若重力和洛倫茲力平衡，則帶電粒子做勻速直線運動．②若重力和洛倫茲力不平衡，則帶電粒子將做復雜的曲線運動，因洛倫茲力不做功，故機械能守恒，由此可求解問題．(2)電場力、洛倫茲力并存(不計重力的微觀粒子)①若電場力和洛倫茲力平衡，則帶電粒子做勻速直線運動．②若電場力和洛倫茲力不平衡，則帶電粒子將做復雜的曲線運動，因洛倫茲力不做功，可用動能定理求解問題．(3)電場力、洛倫茲力、重力并存①若三力平衡，一定做勻速直線運動．②若重力與電場力平衡，一定做勻速圓周運動．③若合力不為零且與速度方向不垂直，將做復雜的曲線運動，因洛倫茲力不做功，可用能量守恒定律或動能定理求解問題．5．有約束情況下的運動

帶電粒子在疊加場中受輕桿、輕繩、圓環(huán)、軌道等約束的情況下，常見的運動形式有直線運動和圓周運動，此時解題要通過受力分析明確變力、恒力做功情況，并注意洛倫茲力不做功的特點，運用動能定理、能量守恒定律結(jié)合牛頓運動定律求解．某空間存在勻強磁場和勻強電場．一個帶電粒子(不計重力)以一定初速度射入該空間后，做勻速直線運動；若僅撤除電場，則該粒子做勻速圓周運動．下列因素與完成上述兩類運動無的是()磁場和電場的方向

B．磁場和電場的強C．粒子的電性和電量

D．粒子入射時的速度【答案】C【解析】在勻強磁場和勻強電場的疊加區(qū)域內(nèi)，帶電粒子做勻速直線運動，則速度方向與電場方向和磁場方向均垂直，qvB＝qE，故v＝EB.因此粒子是否在“速度選擇器”中做勻速直線運動，與粒子的電性、電量均無關(guān)．撤去電場時，粒子速度方向仍與磁場垂直，滿足做勻速圓周運動的條件．如圖，空間某區(qū)域存在勻強電場和勻強磁場，電場方向豎直向上(與紙面平行)，磁場方向垂直于紙面向里．三個帶正電的微粒a、b、c電荷量相等，質(zhì)量分別為ma、mb、mc.已知在該區(qū)域內(nèi)，a在紙面內(nèi)做勻速圓周運動，b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運動，c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運動．下列選項正確的是()A.ma>mb>mc

B．mb>ma>mc

C．mc>ma>mb

D．mc>mb>ma【答案】B【解析】設三個微粒的電荷量均為q，a在紙面內(nèi)做勻速圓周運動，說明洛倫茲力提供向心力，重力與電場力平衡，即mag＝qE①，b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運動，三力平衡，則mbg＝qE＋qvB②，c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運動，三力平衡，則mcg＋qvB＝qE③，比較①②③式得：mb>ma>mc，選項B正確．如圖所示，質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，以初速度v沿垂直磁場方向射入磁感應強度為B的勻強磁場，在磁場中做勻速圓周運動。不計帶電粒子所受重力。求粒子做勻速圓周運動的半徑R和周期T；(2)為使該粒子做勻速直線運動，