2022届高三物理(沪科版)一轮复习教案:带电粒子在复合场中的运动-Word版含解析.docx
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1、第4课时(小专题)带电粒子在复合场中的运动1复合场与组合场(1)复合场:电场、磁场、重力场共存,或其中某两场共存。(2)组合场:电场与磁场各位于肯定的区域内,并不重叠,或在同一区域,电场、磁场分时间段或分区域交替消灭。2三种场的比较名称力的特点功和能的特点重力场大小:Gmg方向:竖直向下重力做功与路径无关重力做功转变物体的重力势能静电场大小:FqE方向:正电荷受力方向与场强方向相同;负电荷受力方向与场强方向相反电场力做功与路径无关WqU电场力做功转变电势能磁场洛伦兹力FqvB方向可用左手定则推断洛伦兹力不做功,不转变带电粒子的动能3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
2、子在复合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)一般的曲线运动: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状况不同的复合场区域,其运动状况随区域发生变化,其运动过程由几种不同的运动阶段组成。突破一带电粒子在组合场中的运动“磁偏转”和“电偏转”的差别电偏转磁偏转偏转条件带电粒子以vE进入匀强电场带电粒子以
3、vB进入匀强磁场受力状况只受恒定的电场力只受大小恒定的洛伦兹力运动状况类平抛运动匀速圆周运动运动轨迹抛物线圆弧物理规律类平抛学问、牛顿其次定律牛顿其次定律、向心力公式基本公式Lvt,yat2,a,tan r,T,t【典例1】 (2022海南卷,14)如图1所示,在x轴上方存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面对外;在x轴下方存在匀强电场,电场方向与xOy平面平行,且与x轴成45夹角。一质量为m、电荷量为q(q0)的粒子以速度v0从y轴上P点沿y轴正方向射出,一段时间后进入电场,进入电场时的速度方向与电场方向相反;又经过一段时间T0,磁场方向变为垂直纸面对里,大小不变,不计重力。图1(
4、1)求粒子从P点动身至第一次到达x轴时所需的时间;(2)若要使粒子能够回到P点,求电场强度的最大值。解析(1)带电粒子在磁场中做圆周运动,设运动半径为R,运动周期为T,依据洛伦兹力公式及圆周运动规律,有qv0Bm,T依题意,粒子第一次到达x轴时,运动转过的角度为,所需时间为t1T,求得t1(2)粒子进入电场后,先做匀减速运动,直到速度减小为0,然后沿原路返回做匀加速运动,到达x轴时速度大小仍为v0,设粒子在电场中运动的总时间为t2,加速度大小为a,电场强度大小为E,有qEma,v0at2,得t2依据题意,要使粒子能够回到P点,必需满足t2T0得电场强度最大值E答案(1)(2) 1.求解策略:“
5、各个击破”2抓住联系两个场的纽带速度。【变式训练】1如图2所示,在坐标系xOy的第一象限内斜线OC的上方存在垂直纸面对里的匀强磁场,磁感应强度为B,第四象限内存在磁感应强度大小未知、方向垂直纸面对里的匀强磁场,第三象限内存在沿y轴负方向的匀强电场,在x轴负半轴上有一接收屏GD,GD2ODd,现有一带电粒子(不计重力)从y轴上的A点,以初速度v0水平向右垂直射入匀强磁场,恰好垂直OC射出,并从x轴上的P点(未画出)进入第四象限内的匀强磁场,粒子经磁场偏转后又垂直y轴进入匀强电场并被接收屏接收,已知OC与x轴的夹角为37,OAd,求:图2(1)粒子的电性及比荷;(2)第四象限内匀强磁场的磁感应强度
6、B的大小;(3)第三象限内匀强电场的电场强度E的大小范围。解析(1)粒子运动轨迹如图所示,由左手定则可知粒子带负电由图知粒子在第一象限内运动的轨道半径Rd由洛伦兹力供应向心力得Bqv0m联立得(2)由图知OPd,所以粒子在第四象限内做圆周运动的半径为r同理Bqv0,联立得B(3)粒子在匀强电场中做类平抛运动,由图知OQrrsin 372d当电场强度E较大时,粒子击中D点,由类平抛运动规律知v0t2dt2联立得Emax当电场强度E较小时,粒子击中G点,由类平抛运动规律知v0t2dt2联立得Emin所以E答案(1)负(2)(3)E突破二带电粒子在叠加复合场中的运动处理带电粒子在复合场中的运动时,要
7、做到“三个分析”:(1)正确分析受力状况,重点明确重力是否不计和洛伦兹力的方向。(2)正确分析运动状况,常见的运动形式有:匀速直线运动、匀速圆周运动和一般变速曲线运动。(3)正确分析各力的做功状况,主要分析电场力和重力的功,洛伦兹力肯定不做功。【典例2】(2022四川卷,10)在如图3所示的竖直平面内,水平轨道CD和倾斜轨道GH与半径r m的光滑圆弧轨道分别相切于D点和G点,GH与水平面的夹角37。过G点、垂直于纸面的竖直平面左侧有匀强磁场,磁场方向垂直于纸面对里,磁感应强度B1.25 T;过D点、垂直于纸面的竖直平面右侧有匀强电场,电场方向水平向右,电场强度E1104 N/C。小物体P1质量
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