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2019-2020年高三物理一輪復習 帶電粒子在勻強磁場中的運動（3）-帶電粒子在復合場中的運動導學案 【學習目標】 1. 會分析、處理帶電粒子在疊加場中運動的。 2.會分析、處理帶電粒子在組合場場中運動的。 【重點、難點】 帶電粒子的受力分析、運動分析 【課前預學】 1．疊加場與組合場 (1)疊加場：電場、 磁場 、重力場共存，或其中某兩場共存． (2)組合場：電場與磁場各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊，或在同一區(qū)域，電場、磁場分時間段交替出現(xiàn)． 2．三種場的比較 名稱 力的特點 功和能的特點 重力場 大?。篏＝mg方向：豎直向下 重力做功與路徑無關(guān)重力 做功改變物體的重力勢能 靜電場 大?。篎＝qE 方向：正電荷受力方向與場強方向相同；負電荷受力方向與場強方向相反 電場力做功與路徑無關(guān)W＝qU 電場力做功改變電勢能 磁場 洛倫茲力F＝qvB方向可用左手定則判斷 洛倫茲力不做功，不改變帶電粒子的動能 3．帶電粒子在復合場中的運動分類 (1)靜止或勻速直線運動 當帶電粒子在復合場中所受合外力為零時，將處于靜止狀態(tài)或做 。 (2)勻速圓周運動 當帶電粒子所受的重力與電場力大小相等 ，方向相反時，帶電粒子在洛倫茲力的作用下，在垂直于勻強磁場的平面內(nèi)做 。 (3)較復雜的曲線運動 當帶電粒子所受合外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 曲線運動，這時粒子運動軌跡既不是圓弧，也不是拋物線。 (4)分階段運動 帶電粒子可能依次通過幾個情況不同的復合場區(qū)域，其運動情況隨區(qū)域發(fā)生變化，其運動過程由幾種不同的運動階段組成。 【課中學習】 一、 帶電粒子在疊加場中的運動分析 電荷在疊加場中的運動一般有兩種情況： (1)直線運動：如果電荷在疊加場中做直線運動，一定是做勻速直線運動，合力為零． (2)圓周運動：如果電荷在疊加場中做圓周運動，一定是勻速圓周運動，重力和電場力的合力為零，洛倫茲力提供向心力． 例1 如圖所示，某空間存在著正交的勻強電場和勻強磁場，勻強電場方向水平向右，勻強磁場方向垂直于紙面水平向里。E=10N/C,B=1T，現(xiàn)在有一個質(zhì)量m=2kg、q=+2C的液滴以某速度垂直于磁場方向進入該區(qū)域恰能作勻速直線運動。g取10m/．這個速度的大小是 ，方向是 。 例2　一帶電微粒在如圖所示的正交勻強電場和勻強磁場中的豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動，求：(1)該帶電微粒的電性？(2)該帶電微粒的旋轉(zhuǎn)方向？(3)若已知圓的半徑為r，電場強度的大小為E，磁感應強度的大小為B，重力加速度為g，則線速度為多少？ 二、 帶電粒子在組合場中的運動分析 帶電粒子在電場、磁場組合場中的運動是指粒子從電場到磁場、或從磁場到電場的運動．通常按時間的先后順序分成若干個小過程，在每一運動過程中從粒子的受力性質(zhì)、受力方向和速度方向的關(guān)系入手，分析粒子在電場中做什么運動，在磁場中做什么運動． 例3如圖所示，在y＞0的空間中存在勻強電場，場強沿y軸負方向；在y＜0的空間中，存在勻強磁場，磁場方向垂直xy平面（紙面）向外。一電量為q、質(zhì)量為m的帶正電的運動粒子，經(jīng)過y軸上y=h處的點P1時速率為v0，方向沿x軸正方向；然后，經(jīng)過x軸上x=2h處的P2點進入磁場，并經(jīng)過y軸上y=-2h處的P3點。不計重力。求： （1）電場強度的大小 （2）粒子到達P2時速度的大小和方向 （3）磁感應強度的大小。 【課后作業(yè)】 1 .如圖所示，勻強電場方向水平向右，勻強磁場方向垂直于紙面向里。一質(zhì)量為m，帶正電，電量為q的油滴以速度v與水平方向成45角進入兩場區(qū)域（場區(qū)域足夠大），這個帶電油滴在場區(qū)內(nèi)做直線運動，重力加速度為g，則電場的場強大小E=_________。磁場的磁感強度大小B=__________。若油滴運動到A點時，突然將電場方向變?yōu)樨Q直向上（場強的大小不變），此時油滴的加速度大小為____________，此后油滴將做__________運動。 2．帶電質(zhì)點在勻強磁場中運動，某時刻速度方向如圖所示，所受的重力和洛倫茲力的合力恰好與速度方向相反，不計阻力，則在此后的一小段時間內(nèi)，帶電質(zhì)點將( 　) A．可能做直線運動 B．可能做勻減速運動 C．一定做曲線運動 D．可能做勻速圓周運動 3．三個相同的小球a、b、c帶有相同電荷量的正電荷，從同一高度由靜止開始下落，當落下h1高度后a球進入水平向左的勻強電場，b球進入垂直紙面向里的勻強磁場，如圖所示，它們到達水平面上的速度大小分別用va、vb、vc表示，若不計空氣阻力，它們的關(guān)系是(　 　) A． va>vb＝vc B．va＝vb＝vc C．va>vb>vc D．va＝vb>vc 4．如圖所示，虛線空間中存在由勻強電場E和勻強磁場B組成的正交或平行的電場和磁場，有一個帶正電小球(電荷量為＋q，質(zhì)量為m)從正交或平行的電磁復合場上方的某一高度自由落下，那么，帶電小球可能沿直線通過的是( 　) 5．如圖所示，兩板間存在豎直向下的勻強電場和垂直紙面向里的勻強磁場。已知一離子在電場力和洛倫茲力的作用下，從靜止開始自A點沿曲線ACB運動，到達B點時速度為零，C點是運動最低點，忽略重力，下列說法正確的是（ ） A．離子必帶正電荷 B．A和B點位于同一高度 C．離子在C點速度最大 D．離子在B點時，將沿原曲線返回A點 6．帶電平行板中勻強電場豎直向上，勻強磁場方向垂直紙面向里，某帶電小球從光滑絕緣軌道上的a點自由滑下，經(jīng)過軌道端點P進入板間后恰好沿水平方向做直線運動，現(xiàn)使小球從稍低些的b點開始自由滑下，在經(jīng)P點進入板間的運動過程中不可能的是（ ） A．其動能將會增大 B．其電勢能將會增大 C．小球所受的洛侖茲力將會增大 D．小球所受的電場力將會增大 7．如圖所示，兩導體板水平放置，兩板間電勢差為U，帶電粒子以某一初速度v0沿平行于兩板的方向從兩板正中間射入，穿過兩板后又垂直于磁場方向射入邊界線豎直的勻強磁場，則粒子射入磁場和射出磁場的M、N兩點間的距離d隨著U和v0的變化情況為( 　) A．d隨v0增大而增大，d與U無關(guān) B．d隨v0增大而增大，d隨U增大而增大 C．d隨U增大而增大，d與v0無關(guān) D．d隨v0增大而增大，d隨U增大而減小 8.如圖所示, 在水平地面上方有一范圍足夠大的互相正交的勻強電場和勻強磁場區(qū)域.磁場的磁感應強度為B,方向垂直紙面向里.一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的帶正電微粒在此區(qū)域內(nèi)沿豎直平面(垂直于磁場方向的平面)做速度大小為v的勻速圓周運動,重力加速度為g.(1)求此區(qū)域內(nèi)電場強度的大小和方向.(2)若某時刻微粒在場中運動到P點時,速度與水平方向的夾角為60,且已知P點與水平地面間的距離等于其做圓周運動的半徑.求該微粒運動到最高點時與水平地面間的距離. (3)當帶電微粒運動至最高點時,將電場強度的大小變?yōu)樵瓉淼?/2 (方向不變,且不計電場變化對原磁場的影響),且?guī)щ娢⒘Ｄ苈渲恋孛?求帶電微粒落至地面時的速度大小. 9.如圖所示，有界勻強磁場的磁感應強度B＝210－3 T；磁場右邊是寬度L＝0.2 m、場強E＝40 V/m、方向向左的勻強電場．一帶電粒子電荷量為q＝3.210－19 C的負電荷，質(zhì)量m＝6.410－27 kg，以v＝4104 m/s 的速度沿OO′垂直射入磁場，在磁場中偏轉(zhuǎn)后進入右側(cè)的電場，最后從電場右邊界射出．不計重力．求：(1)大致畫出帶電粒子的運動軌跡(畫在題圖上)；(2)帶電粒子在磁場中運動的軌道半徑；(3)帶電粒子飛出電場時的動能．