帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

(融會(huì)課—主題串知綜合應(yīng)用)綜合?融通(四)通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)掌握帶電粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及分析方法,根據(jù)電場(chǎng)知識(shí)和磁場(chǎng)知識(shí)分析帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律;掌握帶電粒子在疊加場(chǎng)中的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況,能正確運(yùn)用物理規(guī)律解決帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。1主題(一)帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)2主題(二)帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)3課時(shí)跟蹤檢測(cè)CONTENTS目錄主題(一)帶電粒子在組合

場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.什么是組合場(chǎng)電場(chǎng)與磁場(chǎng)各位于一定的區(qū)域內(nèi),并不重疊,或在同一區(qū)域,電場(chǎng)、磁場(chǎng)分時(shí)間段或分區(qū)域交替出現(xiàn)。2.分階段運(yùn)動(dòng)帶電粒子可能依次通過(guò)幾個(gè)情況不同的組合場(chǎng)區(qū)域,其運(yùn)動(dòng)情況隨區(qū)域發(fā)生變化,其運(yùn)動(dòng)過(guò)程由幾種不同的運(yùn)動(dòng)階段組成。知能融會(huì)通3.“磁偏轉(zhuǎn)”和“電偏轉(zhuǎn)”的比較

垂直進(jìn)入磁場(chǎng)(磁偏轉(zhuǎn))垂直進(jìn)入電場(chǎng)(電偏轉(zhuǎn))情景圖受力FB=qv0B大小不變,方向總指向圓心,方向變化,FB為變力FE=qE,FE大小、方向不變,為恒力運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)間動(dòng)能不變變化續(xù)表

(1)求第二象限內(nèi)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小;[答案]

1N/C

/方法技巧/帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析方法1.(多選)在半導(dǎo)體離子注入工藝中,初速度可忽略的磷離子P+和P3+,經(jīng)電壓為U的電場(chǎng)加速后,垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里、有一定寬度的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,如圖所示。已知離子P+在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)θ=30°后從磁場(chǎng)右邊界射出。在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),離子P+和P3+

(

)題點(diǎn)全練清

√√√

(3)若離子自O(shè)點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)B運(yùn)動(dòng)到某一特殊位置時(shí),再加一個(gè)垂直紙面向里的同方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1使離子做一個(gè)完整的圓周運(yùn)動(dòng),然后磁場(chǎng)再恢復(fù)到初始數(shù)值以使粒子仍能從A點(diǎn)射出,求所加磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的最小值。答案:3×10-4T

主題(二)帶電粒子在疊加

場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.什么是疊加場(chǎng)電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)疊加,或其中某兩場(chǎng)疊加。2.是否考慮粒子重力(1)對(duì)于微觀粒子,如電子、質(zhì)子、離子等,因?yàn)槠渲亓σ话闱闆r下與靜電力或磁場(chǎng)力相比太小,可以忽略;而對(duì)于一些實(shí)際物體,如帶電小球、液滴、塵埃等一般應(yīng)當(dāng)考慮其重力。知能融會(huì)通(2)在題目中有明確說(shuō)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(jìn)行受力分析與運(yùn)動(dòng)分析時(shí),要結(jié)合運(yùn)動(dòng)狀態(tài)確定是否要考慮重力。3.帶電粒子在疊加場(chǎng)中的常見運(yùn)動(dòng)靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子在疊加場(chǎng)中所受合力為零時(shí),將處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)勻速圓周運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子所受的重力與靜電力大小相等、方向相反時(shí),帶電粒子在洛倫茲力的作用下,在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)較復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)當(dāng)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,粒子做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng),這時(shí)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡既不是圓弧,也不是拋物線[典例]

如圖所示,空間中存在著水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E=1N/C,同時(shí)存在著水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),其方向與電場(chǎng)方向垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=0.5T。有一帶電微粒,質(zhì)量m=1×10-7kg,電荷量q=+1×10-6C,從t=0時(shí)刻由O點(diǎn)開始以速度v在第一象限的豎直面內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng),取g=10m/s2,求:

/方法技巧/帶電粒子在疊加場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析方法1.(2023·海南高考)如圖所示,帶正電的小球豎直向下射入垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),關(guān)于小球運(yùn)動(dòng)和受力的說(shuō)法正確的是

(

)A.小球剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)受到的洛倫茲力水平向右B.小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度不變C.小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度保持不變D.小球受到的洛倫茲力對(duì)小球做正功題點(diǎn)全練清√解析:根據(jù)左手定則,可知小球剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)受到的洛倫茲力水平向右,A正確;小球受洛倫茲力和重力作用,合力不為零且時(shí)刻變化,則小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度、加速度都改變,B、C錯(cuò)誤;洛倫茲力永不做功,D錯(cuò)誤。

√

3.(2024·安徽高考)(多選)空間中存在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一質(zhì)量為m的帶電油滴a,在紙面內(nèi)做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng),軌跡如圖所示。當(dāng)a運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)P時(shí),瞬間分成兩個(gè)小油滴Ⅰ、Ⅱ,二者帶電量、質(zhì)量均相同。Ⅰ在P點(diǎn)時(shí)與a的速度方向相同,并做半徑為3R的圓周運(yùn)動(dòng),軌跡如圖所示。Ⅱ的軌跡未畫出。已知重力加速度大小為g,不計(jì)空氣浮力與阻力以及Ⅰ、Ⅱ分開后的相互作用,則

(

)

√√√

課時(shí)跟蹤檢測(cè)12345671.(2024·天津期末)一帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)、勻強(qiáng)電場(chǎng)、重力場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng),對(duì)于粒子的運(yùn)動(dòng)性質(zhì),下列說(shuō)法正確的是

(

)A.粒子在復(fù)合場(chǎng)區(qū)域受力一定不平衡B.粒子可能做勻變速直線運(yùn)動(dòng)C.若粒子做曲線運(yùn)動(dòng),則一定是勻速圓周運(yùn)動(dòng)D.若粒子做直線運(yùn)動(dòng),則一定是勻速直線運(yùn)動(dòng)√67解析:粒子在復(fù)合場(chǎng)區(qū)域受到重力、電場(chǎng)力和洛倫茲力(若粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向共線,則不受洛倫茲力)共同作用,可能受力平衡,故A錯(cuò)誤;若粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行,則不受洛倫茲力,且若電場(chǎng)力和重力的合力方向與運(yùn)動(dòng)方向共線,則粒子做勻變速直線運(yùn)動(dòng),故B正確,D錯(cuò)誤;若粒子運(yùn)動(dòng)方向與重力、電場(chǎng)力和洛倫茲力的合力方向不共線,則會(huì)做曲線運(yùn)動(dòng),不一定是勻速圓周運(yùn)動(dòng),故C錯(cuò)誤。1234515672.(2024·湖北高考)如圖所示,在以O(shè)點(diǎn)為圓心、半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。圓形區(qū)域外有大小相等、方向相反、范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的帶電粒子沿直徑AC方向從A點(diǎn)射入圓形區(qū)域。不計(jì)重力,下列說(shuō)法正確的是

(

)2341567

234√1567解析:在圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi),沿著半徑方向射入的粒子,總是沿著半徑方向射出,根據(jù)圓的特點(diǎn)可知粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡不可能經(jīng)過(guò)O點(diǎn),故A、B錯(cuò)誤;若粒子連續(xù)兩次由A點(diǎn)沿AC方向射入圓形區(qū)域用時(shí)最短,則根據(jù)對(duì)稱性可知粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖甲所示,2341567

2341567

234√1567解析:帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),打到a點(diǎn)的粒子所受電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡,當(dāng)電場(chǎng)水平向左、磁場(chǎng)垂直紙面向里時(shí),α粒子受到水平向左的電場(chǎng)力和洛倫茲力,電子受到水平向右的電場(chǎng)力和洛倫茲力,均不能滿足受力平衡打到a點(diǎn),A錯(cuò)誤;同理可知,D錯(cuò)誤。電場(chǎng)方向水平向左、磁場(chǎng)方向垂直紙面向外時(shí),此時(shí)如果α粒子打在a點(diǎn),則受到水平向左的電場(chǎng)力和水平向右的洛倫茲力平衡,qE=qvB,則電子受到水平向左的洛倫茲力大于水平向右的電場(chǎng)力,向左偏轉(zhuǎn),同理如果電子打在a點(diǎn),則α粒子受到水平向左的電場(chǎng)力大于水平向右的洛倫茲力,向左偏轉(zhuǎn),均不會(huì)打在b點(diǎn),B錯(cuò)誤;同理可知,C正確。23415674.(多選)如圖所示的xOy坐標(biāo)系中,y軸左側(cè)存在電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)方向平行于x軸,y軸右側(cè)存在垂直坐標(biāo)系所在平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一個(gè)比荷為k的帶正電的粒子從x軸上的M點(diǎn)以某一初速度平行于y軸向上運(yùn)動(dòng),經(jīng)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從y軸上的P點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng),進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度方向與y軸正方向成θ=60°角,粒子經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后打到坐標(biāo)原點(diǎn)O上。已知M點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為L(zhǎng),不計(jì)粒子的重力,下列說(shuō)法正確的是

(

)2341567

234√√1567

2341567

2341567

2341567

2341