高中物理第三章磁場第7講習(xí)題課：帶電粒子在疊加場和課件

第7講習(xí)題課：帶電粒子在疊

加場和組合場中的運(yùn)動第三章磁場第7講習(xí)題課：帶電粒子在疊第三章磁場1.會計(jì)算洛倫茲力的大小，并能判斷其方向.2.能分析計(jì)算帶電粒子在疊加場中的運(yùn)動.3.能分析計(jì)算帶電粒子在組合場中的運(yùn)動.目標(biāo)定位1.會計(jì)算洛倫茲力的大小，并能判斷其方向.目標(biāo)定位二、帶電粒子在疊加場中的運(yùn)動三、帶電粒子在組合場中的運(yùn)動對點(diǎn)檢測自查自糾欄目索引一、帶電粒子在磁場中的勻速圓周運(yùn)動二、帶電粒子在疊加場中的運(yùn)動三、帶電粒子在組合場中的運(yùn)動對點(diǎn)1.解題步驟(1)畫軌跡：先確定

，再畫出運(yùn)動軌跡，然后用幾何方法求半徑.(2)找聯(lián)系：軌道半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度、運(yùn)動速度相聯(lián)系，偏轉(zhuǎn)角度與圓心角、運(yùn)動

相聯(lián)系，在磁場中運(yùn)動的時(shí)間與周期相聯(lián)系.(3)用規(guī)律：用牛頓第二定律列方程qvB＝m，及圓周運(yùn)動規(guī)律的一些基本公式.答案一、帶電粒子在磁場中的勻速圓周運(yùn)動知識梳理圓心時(shí)間1.解題步驟答案一、帶電粒子在磁場中的勻速圓周運(yùn)動知識梳理圓2.帶電粒子在有界磁場中的圓周運(yùn)動的幾種常見情形(1)直線邊界(進(jìn)出磁場具有對稱性，如圖1所示)圖1(2)平行邊界(存在臨界條件，如圖2所示)圖22.帶電粒子在有界磁場中的圓周運(yùn)動的幾種常見情形圖1(2)平(3)圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出，如圖3所示)圖33.帶電粒子在有界磁場中運(yùn)動的臨界問題帶電粒子在有界磁場中運(yùn)動，往往出現(xiàn)臨界條件，可以通過對軌跡圓放大的方法找到相切點(diǎn)如圖2(c)所示.注意找臨界條件，注意挖掘隱含條件.(3)圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出，如圖3所示)圖33.例1如圖4所示，在y＜0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于xOy平面并指向紙里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一帶負(fù)電的粒子(質(zhì)量為m、電荷量為q)以速度v0從O點(diǎn)射入磁場，入射方向在xOy平面內(nèi)，與x軸正向的夾角為θ.求：(1)該粒子射出磁場的位置；典例精析解析答案圖4例1如圖4所示，在y＜0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直高中物理第三章磁場第7講習(xí)題課：帶電粒子在疊加場和課件(2)該粒子在磁場中運(yùn)動的時(shí)間.(粒子所受重力不計(jì))解析答案圖4(2)該粒子在磁場中運(yùn)動的時(shí)間.(粒子所受重力不計(jì))解析答案例2如圖5所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，寬度為d，邊界為CD和EF.一電子從CD邊界外側(cè)以速率v0垂直射入勻強(qiáng)磁場，入射方向與CD邊界間夾角為θ.已知電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，為使電子能從磁場的另一側(cè)EF射出，求電子的速率v0至少為多大？解析答案圖5例2如圖5所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，寬度為d，邊界為解析當(dāng)入射速率v0很小時(shí)，電子會在磁場中轉(zhuǎn)動一段圓弧后又從CD一側(cè)射出，速率越大，軌道半徑越大，當(dāng)軌道的邊界與EF相切時(shí)，電子恰好不能從EF射出，如圖所示，電子恰好射出時(shí)，由幾何知識可得：r＋rcosθ＝d ①解析當(dāng)入射速率v0很小時(shí)，電子會在磁場中轉(zhuǎn)例3在以坐標(biāo)原點(diǎn)O為圓心、半徑為r的圓形區(qū)域內(nèi)，存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，如圖6所示.一個(gè)不計(jì)重力的帶電粒子從磁場邊界與x軸的交點(diǎn)A處以速度v沿－x方向射入磁場，它恰好從磁場邊界與y軸的交點(diǎn)C處沿＋y方向飛出.(1)請判斷該粒子帶何種電荷，并求出其比荷

；解析答案圖6例3在以坐標(biāo)原點(diǎn)O為圓心、半徑為r的圓形區(qū)域內(nèi)，存在磁感應(yīng)解析由粒子的運(yùn)動軌跡(如圖)，利用左手定則可知，該粒子帶負(fù)電荷.粒子由A點(diǎn)射入，由C點(diǎn)飛出，其速度方向改變了90°，則粒子軌跡半徑R＝r，解析由粒子的運(yùn)動軌跡(如圖)，利用左手定則可知，該粒子帶負(fù)(2)若磁場的方向和所在空間范圍不變，而磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小變?yōu)锽′，該粒子仍從A處以相同的速度射入磁場，但飛出磁場時(shí)的速度方向相對于入射方向改變了60°角，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B′多大？此次粒子在磁場中運(yùn)動所用時(shí)間t是多少？解析答案返回圖6(2)若磁場的方向和所在空間范圍不變，而磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小變?yōu)榉祷胤祷?.疊加場：電場、

、重力場共存，或其中某兩場共存.2.基本思路：(1)弄清疊加場的組成.(2)進(jìn)行受力分析.(3)確定帶電粒子的運(yùn)動狀態(tài)，注意運(yùn)動情況和受力情況的結(jié)合.答案知識梳理二、帶電粒子在疊加場中的運(yùn)動磁場1.疊加場：電場、、重力場共存，或其中某兩場共存.答案(4)畫出粒子運(yùn)動軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動規(guī)律.①當(dāng)做勻速直線運(yùn)動時(shí)，根據(jù)受力平衡列方程求解.②當(dāng)做勻速圓周運(yùn)動時(shí)，一定是電場力和重力平衡，洛倫茲力提供向心力，應(yīng)用平衡條件和牛頓運(yùn)動定律分別列方程求解.③當(dāng)帶電粒子做復(fù)雜曲線運(yùn)動時(shí)，一般用動能定理或能量守恒定律求解.(4)畫出粒子運(yùn)動軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動規(guī)律.(1)小球做勻速直線運(yùn)動的速度v的大小和方向；典例精析解析答案圖7(1)小球做勻速直線運(yùn)動的速度v的大小和方向；典例精析解析答答案20m/s與電場方向成60°角斜向上答案20m/s與電場方向成60°角斜向上(2)從撤掉磁場到小球再次穿過P點(diǎn)所在的這條電場線經(jīng)歷的時(shí)間t.解析答案(2)從撤掉磁場到小球再次穿過P點(diǎn)所在的這條電場線經(jīng)歷的時(shí)間答案3.5s返回答案3.5s返回1.組合場：電場與磁場各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊，一般為兩場相鄰或在同一區(qū)域電場、磁場交替出現(xiàn).2.解題時(shí)要弄清楚場的性質(zhì)、場的方向、強(qiáng)弱、范圍等.3.要進(jìn)行正確的受力分析，確定帶電粒子的運(yùn)動狀態(tài).4.分析帶電粒子的運(yùn)動過程，畫出運(yùn)動軌跡是解題的關(guān)鍵.5.解題技巧：組合場中電場和磁場是各自獨(dú)立的，計(jì)算時(shí)可以單獨(dú)使用帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動公式來列式處理.電場中常有兩種運(yùn)動方式：加速或偏轉(zhuǎn)；而勻強(qiáng)磁場中，帶電粒子常做勻速圓周運(yùn)動.三、帶電粒子在組合場中的運(yùn)動知識梳理1.組合場：電場與磁場各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊，一般為兩例5如圖8所示，在直角坐標(biāo)系xOy的第一象限中分布著沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，在第四象限中分布著方向向里垂直紙面的勻強(qiáng)磁場.一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為＋q的微粒，在A點(diǎn)(0,3)以初速度v0＝120m/s平行x軸正方向射入電場區(qū)域，然后從電場區(qū)域進(jìn)入磁場，又從磁場進(jìn)入電場，并且先后只通過x軸上的P點(diǎn)(6,0)和Q點(diǎn)(8,0)各一次.已知該微粒的比荷為

＝102C/kg，微粒重力不計(jì)，求：(1)微粒從A到P所經(jīng)歷的時(shí)間和加速度的大?。坏淅鼋馕龃鸢笀D8例5如圖8所示，在直角坐標(biāo)系xOy的第一象限中分布著沿y軸答案0.05s

2.4×103m/s2

答案0.05s2.4×103m/s2(2)求出微粒到達(dá)P點(diǎn)時(shí)速度方向與x軸正方向的夾角，并畫出帶電微粒在電場和磁場中由A至Q的運(yùn)動軌跡；解析答案圖8答案45°見解析圖(2)求出微粒到達(dá)P點(diǎn)時(shí)速度方向與x軸正方向的夾角，并畫出帶(3)電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小.解析答案圖8解析由qE＝ma，得E＝24N/C設(shè)微粒從P點(diǎn)進(jìn)入磁場以速度v做勻速圓周運(yùn)動，答案24N/C

1.2T返回(3)電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小.解析答案圖8解析由q1.(帶電粒子在疊加場中的運(yùn)動)一正電荷q在勻強(qiáng)磁場中，以速度v沿x軸正方向進(jìn)入垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，如圖9所示，為了使電荷能做直線運(yùn)動，則必須加一個(gè)電場進(jìn)去，不計(jì)重力，此電場的場強(qiáng)應(yīng)該是(

)解析答案對點(diǎn)檢測1234圖91.(帶電粒子在疊加場中的運(yùn)動)一正電荷q在勻強(qiáng)磁場中，以速解析要使電荷能做直線運(yùn)動，必須用電場力抵消洛倫茲力，本題正電荷所受洛倫茲力的方向沿y軸正方向，故電場力必須沿y軸負(fù)方向且qE＝qvB，即E＝Bv.答案B1234解析要使電荷能做直線運(yùn)動，必須用電場力抵消洛倫茲力，本題正2.(帶電粒子在有界磁場中的運(yùn)動)(多選)長為L的水平極板間，有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場，如圖10所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，板間距離也為L，極板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為m，電量為q的帶正電粒子(不計(jì)重力)，從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁感線以速度v水平射入磁場，欲使粒子不打在極板上，可采用的辦法是(

)解析答案1234圖102.(帶電粒子在有界磁場中的運(yùn)動)(多選)長為L的水平極板間1234解析答案1234解析答案1234

答案AB1234

答案AB3.(帶電粒子在有界磁場中的運(yùn)動)如圖11所示，在半徑為R＝

的圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，圓頂點(diǎn)P有一速度為v0的帶正電的粒子平行于紙面進(jìn)入磁場，已知粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，粒子的重力不計(jì).(1)若粒子對準(zhǔn)圓心射入，求它在磁場中運(yùn)動的時(shí)間；解析答案1234圖113.(帶電粒子在有界磁場中的運(yùn)動)如圖11所示，在半徑為R1234解析設(shè)帶電粒子進(jìn)入磁場中做勻速圓周運(yùn)動的軌跡半徑為r，由牛頓第二定律得1234解析設(shè)帶電粒子進(jìn)入磁場中做勻速圓周運(yùn)動的軌跡半徑為(2)若粒子對準(zhǔn)圓心射入，且速率為

v0，求它在磁場中運(yùn)動的時(shí)間.解析答案1234圖11(2)若粒子對準(zhǔn)圓心射入，且速率為v0，求它在磁場中運(yùn)動的4.(帶電粒子在組合場中的運(yùn)動)如圖12所示xOy坐標(biāo)系，在第二象限內(nèi)有水平向右的勻強(qiáng)電場，在第一、第四象限內(nèi)分別存在勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向如圖所示.現(xiàn)有一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為＋q的帶電粒子在該平面內(nèi)從x軸上的P點(diǎn)，以垂直于x軸的初速度v0進(jìn)入勻強(qiáng)電場，恰好經(jīng)過y軸上的Q點(diǎn)且與y軸成45°角射出電場，再經(jīng)過一段時(shí)間又恰好垂直于x軸進(jìn)入第四象限的磁場.已知OP之間的距離為d(不計(jì)粒子的重力).求：(1)O點(diǎn)到Q點(diǎn)的距離；解析答案1234圖124.(帶電粒子在組合場中的運(yùn)動)如圖12所示xOy坐標(biāo)系，在解析設(shè)Q點(diǎn)的縱坐標(biāo)為h，到達(dá)Q點(diǎn)的水平分速度為vx，P到Q受到恒定的電場力與初速度垂直，為類平拋運(yùn)動，則由類平拋運(yùn)動