習(xí)題課2-帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

宣漢中學(xué)高2013級(jí)2011.12.7帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)習(xí)題課一、知識(shí)要點(diǎn)1.通常所說(shuō)復(fù)合場(chǎng)的含義：電場(chǎng)、磁場(chǎng)和重力場(chǎng)并存或組合。2.受力分析注意三力的特點(diǎn)：電場(chǎng)力、重力往往不變，洛倫茲力始終與速度方向垂直。3.三力單獨(dú)作用的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：電場(chǎng)力、重力作用下作直線運(yùn)動(dòng)或類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力作用下作圓周運(yùn)動(dòng)或螺旋線運(yùn)動(dòng)。4.做功特點(diǎn)：電場(chǎng)力、重力做功與路徑無(wú)關(guān)，由始末位置決定，洛倫茲力永不做功。因此帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題就是綜合運(yùn)用力學(xué)三大觀點(diǎn)：動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)，能量觀點(diǎn)，動(dòng)量觀點(diǎn)。

二、高考趨勢(shì)帶電粒子在磁場(chǎng)，特別是在包括磁場(chǎng)在內(nèi)的復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，因其涉及的知識(shí)點(diǎn)比較多，易于考查學(xué)生綜合利用中學(xué)物理知識(shí)分析處理實(shí)際問(wèn)題的能力，所以該專題知識(shí)幾乎是高考每年必考的內(nèi)容，且多以難度中等或中等偏上的計(jì)算題出現(xiàn)在高考試卷中。其中帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題是本專題的重點(diǎn)，特別是要在理解和分析此類(lèi)問(wèn)題的方法上多下功夫。帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，因其涉及的知識(shí)點(diǎn)多，且題目限定的物理情景較難分析清楚，是本專題知識(shí)中的難點(diǎn)?？傊?，對(duì)本專題的內(nèi)容,一定透徹理解、熟練掌握。在具體解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，要認(rèn)真做好以下三點(diǎn)：1、正確分析受力情況；2、充分理解和掌握不同場(chǎng)對(duì)電荷作用的特點(diǎn)和差異；3、認(rèn)真分析運(yùn)動(dòng)的詳細(xì)過(guò)程，充分發(fā)掘題目中的隱含條件，建立清晰的物理情景，最終把物理模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)表達(dá)式。組合場(chǎng)例1.如圖，在y＞0的空間中存在勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)沿y軸負(fù)方向；在y＜0的空間中存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直xy平面（紙面）向外。一電量為q、質(zhì)量為m的帶正電的運(yùn)動(dòng)粒子，經(jīng)過(guò)y軸上y＝h處的點(diǎn)P1時(shí)速率為v0，方向沿x軸正方向；然后，經(jīng)過(guò)x軸上x(chóng)＝2h處的P2點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)，并經(jīng)過(guò)y軸上y＝-2h處的P3點(diǎn)。不計(jì)重力。求（l）電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。（2）粒子到達(dá)P2時(shí)速度的大小和方向。（3）磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。h2h2h

(04年高考湖南卷)qhmvB0)3(=qhmvE202)1(=xv0045,2)2(斜向下軸成與例2.如圖所示,在x軸上方有勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感強(qiáng)度為B,下方有場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng),有一質(zhì)量為m,帶電量為-q的粒子,從坐標(biāo)原點(diǎn)0沿著y軸正方向射出.射出之后,第3次到達(dá)x軸時(shí),它與點(diǎn)O的距離為L(zhǎng).求此粒子射出時(shí)的速度和運(yùn)動(dòng)的總路程S(重力不計(jì)).

例3（2005年廣東卷）如圖所示，在一個(gè)圓形區(qū)域內(nèi)，兩個(gè)方向相反且都垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)分布在以直徑A2A4為邊界的兩個(gè)半圓形區(qū)域Ⅰ、Ⅱ中，A2A4與A1A3的夾角為60o。一質(zhì)量為m、帶電量為+q的粒子以某一速度從Ⅰ區(qū)的邊緣點(diǎn)A1處沿與A1A3成30o角的方向射入磁場(chǎng)，隨后該粒子以垂直于A2A4的方向經(jīng)過(guò)圓心O進(jìn)入Ⅱ區(qū)，最后再?gòu)腁4處射出磁場(chǎng)。已知該粒子從射入到射出磁場(chǎng)所用的時(shí)間為t，求Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)中磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。ê雎粤Ｗ又亓Γ1=5πm/6qtB2=5πm/3qt例4如圖，在某一空間從左至右存在著勻強(qiáng)電場(chǎng)E、垂直于紙面向外寬度為L(zhǎng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1、垂直于紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1＝B2＝B，場(chǎng)的邊界相互平行；帶電粒子質(zhì)量為m、帶電量為q、從電場(chǎng)中某一點(diǎn)由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)勻強(qiáng)電場(chǎng)加速后先后通過(guò)勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1和B2然后回到勻強(qiáng)電場(chǎng)。不計(jì)重力，試求當(dāng)帶電粒子從電場(chǎng)中何處開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)才能恰好回到出發(fā)點(diǎn)。【解答】帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如下圖；在電場(chǎng)E中

在磁場(chǎng)中

(2008寧夏卷)24.(17分)如圖所示，在xOy平面的第一象限有一勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)的方向平行于y軸向下；在x軸和第四象限的射線OC之間有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，方向垂直于紙面向外。有一質(zhì)量為m，帶有電荷量+q的質(zhì)點(diǎn)由電場(chǎng)左側(cè)平行于x軸射入電場(chǎng)。質(zhì)點(diǎn)到達(dá)x軸上A點(diǎn)時(shí)，速度方向與x軸的夾角為Φ，A點(diǎn)與原點(diǎn)O的距離為d。接著，質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)，并垂直于OC飛離磁場(chǎng)。不計(jì)重力影響。若OC與x軸的夾角為Φ

，求（1）粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)速度的大?。海?）勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小。(2008天津卷)23.（16分）在平面直角坐標(biāo)系xOy中，第Ⅰ象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，第Ⅳ象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的M點(diǎn)以速度v0垂直于y軸射入電場(chǎng)，經(jīng)x軸上的N點(diǎn)與x軸正方向成θ＝60°角射入磁場(chǎng)，最后從y