25-26学年物理(人教版)选择性必修二课件：第1章 专题5 带电粒子在复合场中的运动

专题提升五　带电粒子在复合场中的运动第一章　安培力与洛伦兹力1.知道复合场的概念。2.能够分析带电粒子在组合场中的运动问题。3.能分析带电粒子在叠加场中的受力情况和运动情况,能够正确选择物理规律解答问题。学习目标目 录CONTENTS随堂对点自测02提升1提升2　带电粒子在叠加场中的运动提升1　带电粒子在组合场中的运动提升1　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.带电粒子在组合场中运动问题的分析(1)基本思路:明确带电粒子在组合场各区域的受力特点及运动规律,然后找出两种场分界线上两种运动的联系(一般是粒子经过分界线时速度不变),利用运动的合成与分解及几何关系等分阶段处理。(2)关键点:画出轨迹示意图。(3)具体解决方案3.“电偏转”与“磁偏转”的比较角度1　从电场进入磁场 (1)求微粒从A到P所经历的时间和加速度的大小;解析　微粒平行x轴正方向射入电场区域,由A到P做类平抛运动,微粒在x轴正方向做匀速直线运动,由x=v0t得  答案　0.05 s　2.4×103 m/s2(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; 答案　45°　见解析图(3)求电场强度E和磁感应强度B的大小。 答案　24 N/C　1.2 T“五步”突破带电粒子在组合场中的运动问题BC训练1 (多选)一带负电粒子的质量为m、电荷量为q,空间中一平行板电容器两极板S1、S2间的电压为U。将此粒子在靠近极板S1的A处无初速度释放,经电场加速后,经O点进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的有界匀强磁场(右边界平行S2),图中实线Ox垂直极板S2,当粒子从P点离开磁场时,其速度方向与Ox方向的夹角θ=60°,如图所示,整个装置处于真空中,不计粒子所受重力,则(　　)  角度2　从磁场进入电场例2 (2025·江苏苏州高二期末)如图所示,直角坐标系中的第Ⅰ象限中存在沿y轴负方向的匀强电场,在第Ⅱ象限中存在垂直纸面向外的匀强磁场。一电荷量为q、质量为m的带正电粒子,在x轴上的a点以与x轴负方向成60°角的速度v0射入磁场,从y=L处的b点沿垂直于y轴方向进入电场,并经过x轴上x=2L处的c点。不计粒子重力。求:(1)磁感应强度B的大小;解析　带电粒子的运动轨迹如图所示  (2)电场强度E的大小;    (1)圆形磁场区域磁感应强度的大小;(2)沿x轴正方向射入磁场的粒子,从进入磁场到再次穿出磁场所走过的路程。答案　(1)0.2 T　(2)(0.5π+1) m   (1)匀强电场的电场强度的大小E;解析　粒子在电场区域内做类平抛运动,设电场中粒子加速度大小为a,沿z轴正方向看,如图乙所示  (2)要让粒子刚好不从界面Ⅲ飞出,匀强磁场的磁感应强度B应多大?  此题看题图是立体空间,但是带电粒子在电场中的偏转和在磁场中的圆周运动是在同一个平面内完成的,即带电粒子的运动轨迹在同一个平面内。解此类题可以先把立体图转化为平面图,然后画出带电粒子的运动轨迹,再运用带电粒子在电场、磁场中运动的规律列方程求解。提升2　带电粒子在叠加场中的运动1.叠加场电场、磁场、重力场叠加,或其中某两场叠加。2.是否考虑粒子重力对于微观粒子,如电子、质子、离子等,因为其重力一般情况下与静电力或磁场力相比太小,可以忽略;而对于一些实际物体,如带电小球、液滴、尘埃等一般应当考虑其重力。3.带电粒子在叠加场中的常见运动 (1)粒子沿直线通过cdef区域时的速度大小;  (2)粒子的电荷量与质量之比;  (3)粒子射出圆形区域时速度方向与进入圆形区域时速度方向的夹角。  带电粒子在叠加场中运动问题的分析方法训练3 (多选)空间中存在竖直向上的匀强电场和垂直纸面的匀强磁场(图中未画出),一质量为m、电荷量为q的带电小球在竖直平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动,最高点为a,最低点为b,不计空气阻力,重力加速度为g,则下列说法正确的是(　 　) ACD 随堂对点自测2D1.(组合场)CT扫描是计算机X射线断层扫描技术的简称,CT扫描机可用于对多种病情的探测。图(a)是某种CT机主要部分的剖面图,其中X射线产生部分的示意图如图(b)所示。图(b)中M、N之间有一电子束的加速电场,虚线框内有匀强偏转磁场;经调节后电子束从静止开始沿带箭头的实线所示的方向前进,打到靶上,产生X射线(如图中带箭头的虚线所示);将电子束打到靶上的点记为P点。则(　　)A.M处的电势高于N处的电势B.增大M、N之间的加速电压可使P点左移C.偏转磁场的方向垂直于纸面向外D.增大偏转磁场磁感应强度的大小可使P点左移 C2.(叠加场)质量为m、电荷量为q的微粒以速度v与水平方向成θ角从O点进入方向如图所示的正交的匀强电场和匀强磁场组成的混合场区,该微粒在静电力、洛伦兹力和重力的共同作用下,恰好沿直线运动到A点,下列说法中正确的是(　　)  课后巩固训练3AD题组一　带电粒子在组合场中的运动1.(多选)一个带电粒子(不计重力)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(　　)基础对点练解析　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。AD2.(多选)(2025·广东广州高二检测)如图所示,两个匀强磁场的方向相同,磁感应强度分别为B1、B2,虚线MN为理想边界。现有一个质量为m、电荷量为e的电子以垂直于边界MN的速度v由P点沿垂直于磁场的方向射入磁感应强度为B1的匀强磁场中,其运动轨迹为图中虚线所示的心形图线,以下说法正确的是(　　)  A A.W∶Ek1=1∶2B.W∶Ek1=1∶2C.W∶Ek1=2∶3D.W∶Ek1=4∶5 AD题组二　带电粒子在叠加场中的运动4.(多选)地面附近空间中存在着水平方向的匀强电场(未画出)和匀强磁场,已知磁场方向垂直纸面向里,一个带电油滴沿着一条与竖直方向成α角的直线MN运动,如图所示,由此可以判断(　　)A.油滴一定做匀速运动B.油滴可以做变速运动C.如果油滴带正电,它是从N点运动到M点　D.如果油滴带正电,它是从M点运动到N点　解析　油滴做直线运动,受重力、静电力和洛伦兹力作用,因为重力和静电力均为恒力,根据油滴做直线运动条件可知,油滴所受洛伦兹力亦为恒力。根据F=qvB可知,油滴必定做匀速直线运动,A正确,B错误;根据做匀速直线运动的条件可知油滴的受力情况如图所示,如果油滴带正电,由左手定则可知,油滴从M点运动到N点,C错误,D正确。A5.(2025·江西景德镇高二期中)如图,空间某区域存在匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向上(与纸面平行),磁场方向垂直于纸面向里,三个带正电的微粒a、b、c电荷量相等,质量分别为ma、mb、mc,已知在该区域内,a在纸面内做匀速圆周运动,b在纸面内向右做匀速直线运动,c在纸面内向左做匀速直线运动。下列选项正确的是(　　)A.mb>ma>mcB.mb>mc>maC.ma>mb>mcD.mc>mb>ma解析　带正电微粒a在纸面内做匀速圆周运动,静电力等于重力,洛伦兹力提供做圆周运动的向心力,则有mag=qE,带正电微粒b在纸面内向右做匀速直线运动,受到竖直向下的重力、竖直向上的静电力和洛伦兹力,有mbg=qE+qvbB,带正电微粒c在纸面内向左做匀速直线运动,受到竖直向下的重力和洛伦兹力、竖直向上的静电力,有mcg=qE-qvcB,则质量关系为mb>ma>mc,故A正确。D6.(2025·陕西宝鸡高二期末)如图所示,一带电液滴在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中刚好做匀速圆周运动,其轨道半径为R,已知电场的电场强度为E,方向竖直向下;磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,不计空气阻力,设重力加速度为g,则下列说法正确的是(　　)  BD7.(多选)如图所示,空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场,一带电液滴从静止开始自A沿曲线ACB运动,到达B点时,速度为零,C点是运动轨迹最低点,则下列说法中正确的是(　　)A.液滴带正电B.液滴在C点时速度最大C.液滴之后会经C点返回A点D.B点和A点一定等高解析　带电液滴由静止开始向下运动,说明重力和静电力的合力向下,洛伦兹力指向轨迹内侧,根据左手定则知,液滴带负电,A错误;从A到C的过程中,重力做正功,而静电力做负功,洛伦兹力不做功,但合力仍做正功,动能增大,从C到B的过程中,重力做负功,静电力做正功,洛伦兹力不做功,但合力做负功,动能减小,所以液滴在C点的动能最大,速度最大,B正确;液滴到达B处后,不能再由B点返回A点,C错误;液滴从A点到达B点,动能变化量为零,则重力做功与静电力做功之和为零,重力方向和电场方向的位移始终相同,故B点和A点一定等高,D正确。CD8.(多选)(2025·河南焦作高二期末)如图所示的xOy坐标系中,y轴左侧存在场强为E的匀强电场,电场方向平行于x轴,y轴右侧存在垂直坐标系所在平面向外的匀强磁场。一个比荷为k的带正电粒子从x轴上的M点以某一初速度平行于y轴向上运动,经电场偏转后从y轴上的P点进入磁场,进入磁场时速度方向与y轴正方向成θ=60°角,粒子经磁场偏转后打到坐标原点O上。已知M点到O点的距离为L,不计粒子的重力,下列说法正确的是(　　)综合提升练  9.如图所示,在平面直角坐标系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轴正方向射入电场,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: