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2023-2024学年粤教版（2019）选择性必修第二册 第一章 习题课二 带电粒子在复合场中的运动 课件
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习题课二 带电粒子在复合场中的运动关键能力 合作探究课堂检测 素养达标课时作业 巩固演练类型一 带电粒子在叠加场中的运动 1．叠加场：电场、磁场、重力场共存，或其中某两种场共存。2．基本思路(1)弄清叠加场的组成。(2)进行受力分析。(3)确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合。(4)画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律。①当带电粒子做匀速直线运动时，根据受力平衡列方程求解。②当带电粒子做匀速圆周运动时，一定是电场力和重力平衡，洛伦兹力提供向心力，应用受力分析和牛顿运动定律分别列方程求解。③当带电粒子做复杂曲线运动时，一般用动能定理或能量守恒定律求解。(1)电场强度E的大小；(2)磁感应强度B的大小；(3)微粒在复合场中的运动时间t。复合场中运动问题的求解技巧带电体在复合场中的运动问题仍是一个力学问题，求解思路与力学问题的求解思路基本相同，仍然按照对带电体进行受力分析，运动过程分析，充分挖掘题目中的隐含条件，根据不同的运动情况建立相应的方程。 针对训练1．在地面附近有一个范围足够大的相互正交的匀强电场和匀强磁场。匀强磁场的磁感应强度为B，方向水平并垂直纸面向外，一质量为m、带电量为－q的带电微粒在此区域恰好做速度大小为v的匀速圆周运动。(重力加速度为g)(1)求此区域内电场强度的大小和方向；(2)若某时刻微粒运动到场中距地面高度为H的P点，速度与水平方向成45°的角，如图所示，则该微粒至少需要经过多长时间运动到距地面最高点？最高点距地面多高？类型二 带电粒子在组合场中的运动 1．组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，一般为两场相邻或在同一区域电场、磁场交替出现。2．“磁偏转”和“电偏转”的比较[解析] 粒子在磁场中的运动为匀速圆周运动，在电场中的运动为匀变速直线运动。画出粒子的运动轨迹，如图所示，由图可知粒子在磁场中运动半个周期后第一次通过x轴进入电场，在电场中匀减速运动至速度为零，再反方向做匀加速直线运动，以原来的速度大小反方向进入磁场，即第二次进入磁场，接着粒子在磁场中做圆周运动，半个周期后第三次通过x轴。带电粒子在电场、磁场组合场中的运动通常按时间的先后顺序分成若干个小过程，在每一运动过程中从粒子的受力性质、受力方向和速度方向的关系入手，分析粒子在电场中做什么运动，在磁场中做什么运动。画出运动轨迹是解决这类问题的关键。 针对训练2．如图所示，在平面坐标系xOy内，第Ⅱ、Ⅲ象限内存在沿y轴正方向的匀强电场，第Ⅰ、Ⅳ象限内存在半径为L的圆形匀强磁场，磁场圆心在M(L,0)点，磁场方向垂直于坐标平面向外。一带正电粒子从第Ⅲ象限中的Q(－2L，－L)点以速度v0沿x轴正方向射出，恰好从坐标原点O进入磁场，从P(2L,0)点射出磁场。不计粒子重力，求： (1)带电粒子进入磁场时的速度大小和方向；(2)电场强度与磁感应强度大小之比；(3)粒子在磁场与电场中运动时间之比。 类型三 带电粒子在交变场中的运动 带电粒子在交变电场或磁场中的运动情况比较复杂，其运动情况不仅与交变的电场和磁场的变化规律有关，还与粒子进入电磁场的时刻有关，一定要从粒子的受力情况分析入手，分析清楚粒子在不同时间间隔内的运动情况。解决此类问题时，可把粒子的运动分解成多个运动阶段分别进行处理，根据每一阶段上的受力情况确定粒子的运动规律。(1)求微粒所带电量q和磁感应强度B的大小；(2)求电场变化的周期T；(3)改变宽度d，使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域，求T的最小值。 [答案] 见解析V 针对训练3．如图甲所示，间距为d、垂直于纸面的两平行板P、Q间存在匀强磁场。取垂直于纸面向里为磁场的正方向，磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示。t＝0时刻，一质量为m、带电量为＋q的粒子(不计重力)，以初速度v0由Q板左端靠近板面的位置，沿垂直于磁场且平行于板面的方向射入磁场区域。当B0和TB取某些特定值时，可使t＝0时刻入射的粒子经Δt时间恰能垂直打在P板上(不考虑粒子反弹)。上述m、q、d、v0为已知量。1．(多选)一个带电粒子以初速度v0垂直于电场方向向右射入匀强电场区域，穿出电场后接着又进入匀强磁场区域。设电场和磁场区域有明确的分界线，且分界线与电场强度方向平行，如图中的虚线所示。在下图所示的几种情况中，可能出现的是( )解析：根据带电粒子在电场中的偏转情况可以确定选项A、C、D中粒子带正电，选项B中粒子带负电，再根据左手定则判断粒子在磁场中的偏转方向，可知A、D正确，B、C错误。答案：AD解析：要使电荷能做直线运动，必须用电场力抵消洛伦兹力，本题正电荷所受洛伦兹力的方向沿y轴正方向，故电场力必须沿y轴负方向且qE＝qvB，即E＝Bv。答案：B答案：BCD4．质量为m、带电量为q的微粒，以速度v与水平方向成45°角进入匀强电场和匀强磁场同时存在的空间，如图所示，微粒在电场、磁场、重力场的共同作用下做匀速直线运动，重力加速度为g，求：(1)电场强度的大小和该带电粒子的电性；(2)磁感应强度的大小。(1)求微粒从A到P所经历的时间和加速度的大小；(2)求出微粒到达P点时速度方向与x轴正方向的夹角，并画出带电微粒在电场和磁场中由A至Q的运动轨迹；(3)求电场强度E和磁感应强度B的大小。答案：(1)0.05 s 2.4×103 m/s2 (2)45° 图见解析 (3)24 N/C 1.2 T
习题课二 带电粒子在复合场中的运动关键能力 合作探究课堂检测 素养达标课时作业 巩固演练类型一 带电粒子在叠加场中的运动 1．叠加场：电场、磁场、重力场共存，或其中某两种场共存。2．基本思路(1)弄清叠加场的组成。(2)进行受力分析。(3)确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合。(4)画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律。①当带电粒子做匀速直线运动时，根据受力平衡列方程求解。②当带电粒子做匀速圆周运动时，一定是电场力和重力平衡，洛伦兹力提供向心力，应用受力分析和牛顿运动定律分别列方程求解。③当带电粒子做复杂曲线运动时，一般用动能定理或能量守恒定律求解。(1)电场强度E的大小；(2)磁感应强度B的大小；(3)微粒在复合场中的运动时间t。复合场中运动问题的求解技巧带电体在复合场中的运动问题仍是一个力学问题，求解思路与力学问题的求解思路基本相同，仍然按照对带电体进行受力分析，运动过程分析，充分挖掘题目中的隐含条件，根据不同的运动情况建立相应的方程。 针对训练1．在地面附近有一个范围足够大的相互正交的匀强电场和匀强磁场。匀强磁场的磁感应强度为B，方向水平并垂直纸面向外，一质量为m、带电量为－q的带电微粒在此区域恰好做速度大小为v的匀速圆周运动。(重力加速度为g)(1)求此区域内电场强度的大小和方向；(2)若某时刻微粒运动到场中距地面高度为H的P点，速度与水平方向成45°的角，如图所示，则该微粒至少需要经过多长时间运动到距地面最高点？最高点距地面多高？类型二 带电粒子在组合场中的运动 1．组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，一般为两场相邻或在同一区域电场、磁场交替出现。2．“磁偏转”和“电偏转”的比较[解析] 粒子在磁场中的运动为匀速圆周运动，在电场中的运动为匀变速直线运动。画出粒子的运动轨迹，如图所示，由图可知粒子在磁场中运动半个周期后第一次通过x轴进入电场，在电场中匀减速运动至速度为零，再反方向做匀加速直线运动，以原来的速度大小反方向进入磁场，即第二次进入磁场，接着粒子在磁场中做圆周运动，半个周期后第三次通过x轴。带电粒子在电场、磁场组合场中的运动通常按时间的先后顺序分成若干个小过程，在每一运动过程中从粒子的受力性质、受力方向和速度方向的关系入手，分析粒子在电场中做什么运动，在磁场中做什么运动。画出运动轨迹是解决这类问题的关键。 针对训练2．如图所示，在平面坐标系xOy内，第Ⅱ、Ⅲ象限内存在沿y轴正方向的匀强电场，第Ⅰ、Ⅳ象限内存在半径为L的圆形匀强磁场，磁场圆心在M(L,0)点，磁场方向垂直于坐标平面向外。一带正电粒子从第Ⅲ象限中的Q(－2L，－L)点以速度v0沿x轴正方向射出，恰好从坐标原点O进入磁场，从P(2L,0)点射出磁场。不计粒子重力，求： (1)带电粒子进入磁场时的速度大小和方向；(2)电场强度与磁感应强度大小之比；(3)粒子在磁场与电场中运动时间之比。 类型三 带电粒子在交变场中的运动 带电粒子在交变电场或磁场中的运动情况比较复杂，其运动情况不仅与交变的电场和磁场的变化规律有关，还与粒子进入电磁场的时刻有关，一定要从粒子的受力情况分析入手，分析清楚粒子在不同时间间隔内的运动情况。解决此类问题时，可把粒子的运动分解成多个运动阶段分别进行处理，根据每一阶段上的受力情况确定粒子的运动规律。(1)求微粒所带电量q和磁感应强度B的大小；(2)求电场变化的周期T；(3)改变宽度d，使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域，求T的最小值。 [答案] 见解析V 针对训练3．如图甲所示，间距为d、垂直于纸面的两平行板P、Q间存在匀强磁场。取垂直于纸面向里为磁场的正方向，磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示。t＝0时刻，一质量为m、带电量为＋q的粒子(不计重力)，以初速度v0由Q板左端靠近板面的位置，沿垂直于磁场且平行于板面的方向射入磁场区域。当B0和TB取某些特定值时，可使t＝0时刻入射的粒子经Δt时间恰能垂直打在P板上(不考虑粒子反弹)。上述m、q、d、v0为已知量。1．(多选)一个带电粒子以初速度v0垂直于电场方向向右射入匀强电场区域，穿出电场后接着又进入匀强磁场区域。设电场和磁场区域有明确的分界线，且分界线与电场强度方向平行，如图中的虚线所示。在下图所示的几种情况中，可能出现的是( )解析：根据带电粒子在电场中的偏转情况可以确定选项A、C、D中粒子带正电，选项B中粒子带负电，再根据左手定则判断粒子在磁场中的偏转方向，可知A、D正确，B、C错误。答案：AD解析：要使电荷能做直线运动，必须用电场力抵消洛伦兹力，本题正电荷所受洛伦兹力的方向沿y轴正方向，故电场力必须沿y轴负方向且qE＝qvB，即E＝Bv。答案：B答案：BCD4．质量为m、带电量为q的微粒，以速度v与水平方向成45°角进入匀强电场和匀强磁场同时存在的空间，如图所示，微粒在电场、磁场、重力场的共同作用下做匀速直线运动，重力加速度为g，求：(1)电场强度的大小和该带电粒子的电性；(2)磁感应强度的大小。(1)求微粒从A到P所经历的时间和加速度的大小；(2)求出微粒到达P点时速度方向与x轴正方向的夹角，并画出带电微粒在电场和磁场中由A至Q的运动轨迹；(3)求电场强度E和磁感应强度B的大小。答案：(1)0.05 s 2.4×103 m/s2 (2)45° 图见解析 (3)24 N/C 1.2 T
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