2011屆高考物理一輪復(fù)習(xí)教學(xué)案精品集84帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

1、第四課時(shí) 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 考點(diǎn)剖析 G_ _CT_ _比1耳 【教學(xué)要求】 1 了解電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)等對(duì)帶電粒子作用 力的特點(diǎn)。 2能應(yīng)用動(dòng)力學(xué)有關(guān)知識(shí)分析計(jì)算帶電粒子在 復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。 【知識(shí)再現(xiàn)】 一、 復(fù)合場(chǎng) 這里所說(shuō)的復(fù)合場(chǎng)是指電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)并 存，或其中某兩種場(chǎng)并存的場(chǎng)，帶電粒子在這些復(fù) 合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須同時(shí)考慮電場(chǎng)力、洛倫茲力和 重力的作用或其中某兩種力的作用，因此對(duì)粒子的 運(yùn)動(dòng)形式的分析就顯得極為重要. 二、 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1 當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中所受的合外力為零時(shí)， 粒子將做 _ 或 _ 。. 2 當(dāng)帶電粒子所受的合外力與運(yùn)動(dòng)方向在同一條 直

2、線上時(shí)，粒子將做 _ 。 3當(dāng)帶電粒子所受的合外力充當(dāng)向心力時(shí)，粒子 將做 。 4.當(dāng)帶電粒子所受的合外力的大小、方向均是不 斷變化時(shí)，則粒子將做變加速運(yùn)動(dòng)，這類問(wèn)題一般 只能用能量關(guān)系處理. 重點(diǎn)突破 r *3 r 9 知識(shí)點(diǎn)一帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中受力特點(diǎn) 1 重力：若為基本粒子（如電子、質(zhì)子、a 粒子、 離子等）一般不考慮重力；若為帶電顆粒（如液滴、 油滴、小球、塵埃等）一般需考慮重力。 2 電場(chǎng)力：帶電粒子（體）在電場(chǎng)中一定受到電場(chǎng)力 力做功也與路徑無(wú)關(guān)，只與初末位置的電勢(shì)差有 關(guān)，電場(chǎng)力做功一定伴隨著電勢(shì)能的變化。 3 洛倫茲力：帶電粒子（體）在磁場(chǎng)中受到的洛倫茲 力與運(yùn)動(dòng)的速度（大小、

3、方向）有關(guān)，洛倫茲力的方 向始終和磁場(chǎng)方向垂直，又和速度方向垂直，故洛 倫茲力永遠(yuǎn)不做功，也不會(huì)改變粒子的動(dòng)能。 【應(yīng)用1】關(guān)于帶負(fù)電的粒子（重力不計(jì)），下面 說(shuō)法中正確的是（） A. 沿電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)力做功，動(dòng) 能增加 B. 垂直電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)力做功， 動(dòng)能增加 C. 沿磁感線方向飛入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)力做功，動(dòng) 能增加 D. 垂直磁感線方向飛入勻強(qiáng)磁場(chǎng)， 磁場(chǎng)力不做功， 動(dòng)能不變 導(dǎo)示：|帶負(fù)電的粒子沿電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng) 電場(chǎng)力做負(fù)功，動(dòng)能減少,A錯(cuò)。垂直電場(chǎng)線方向飛 入勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)力一定做正功，動(dòng)能增加， B 對(duì)。沿磁感線方向飛入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)力為零， C

4、錯(cuò)。垂直磁感線方向飛入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)力不為 零，但與速度垂直，不做功，動(dòng)能不變， D對(duì)。 故選BD 知識(shí)點(diǎn)二在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)分析方法 作用，在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)力為恒力，大小為 F = qE。電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)的方向相同或相反。 電場(chǎng)I.弄清復(fù)合場(chǎng)的組成，一般有磁場(chǎng)、電場(chǎng)復(fù)合，磁 場(chǎng)、重力場(chǎng)復(fù)合，磁場(chǎng)、電場(chǎng)、重力場(chǎng)三者復(fù)合 2 .正確受力分析，除重力、彈力、摩擦力外要特 所示，由此可得圓周的半徑是多少導(dǎo)示：設(shè)帶電液滴的質(zhì)量為 m，帶電荷量為q ,別注意靜電力和磁場(chǎng)力的分析。 3 確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，注意運(yùn)動(dòng)情況和受 力情況的結(jié)合。 4 對(duì)于粒子連續(xù)通過(guò)幾個(gè)不同情況場(chǎng)的問(wèn)題，要 剛進(jìn)入電場(chǎng)、磁場(chǎng)

5、區(qū)域時(shí)的速度為 v，則有: 自由下落過(guò)程 進(jìn)入電、磁場(chǎng)區(qū)域后重力和電場(chǎng)力為恒力，要做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則必有：qE = mg 分階段進(jìn)行處理 5 畫岀粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 【應(yīng)用2】空間存在水平方向正 交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)， 其大小 ： 分另U為 E = 10 3 N/C，B = 1 T， - _ - 方向如圖所示，有一質(zhì)量 m=2.0X 10 6kg，帶正電 荷q= 2.0X 10 6C的微粒，在此空間做直線運(yùn)動(dòng)， 試求其速度大小和方向 直的洛倫茲力的變化將使合外力與速度方向不同 而做曲線運(yùn)動(dòng)，故微粒只能做勻速直線運(yùn)動(dòng)。微粒 受重力、電場(chǎng)力和洛倫茲力在同一豎直平面內(nèi)。合 力為

6、零，如圖所示，則 即微粒以20 m /s與電場(chǎng)方向成60 角斜向上的速 度做勻速直線運(yùn)動(dòng) 【應(yīng)用2】帶電液滴從h高處自由落下，進(jìn)入一 處勻強(qiáng)電場(chǎng)與勻強(qiáng)磁場(chǎng)互相垂直的區(qū)域，磁場(chǎng)方向 垂直紙面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B， lQ 電場(chǎng)強(qiáng)度為E。已知液滴在此 f _ 區(qū)域中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖 1 聯(lián)立別上三貳鮮捋史證匝 【應(yīng)用2】如圖所示，質(zhì)量為 m、電荷量為q的 帶正電粒子， 以初速v0垂直射入相互正交的勻強(qiáng)電 場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，從P點(diǎn)離 開(kāi)該區(qū)域的速率為Vp,此時(shí)側(cè) ： 移量為s,下列說(shuō)法中正確的 一 - 是（ ） A 在P點(diǎn)帶電粒子所受磁場(chǎng)力有可能比電場(chǎng)力大 B 帶電粒子的加速度大小恒為 C.帶電粒子

7、到達(dá)P點(diǎn)的速率 D .帶電粒子到達(dá)P點(diǎn)的速率 導(dǎo)示:帶電粒子進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)， 受到的電場(chǎng)力 FE= Eq 豎直向上，受到的磁場(chǎng)力 FB= Bqv豎直向下，由于 這時(shí) FEFB，粒子向上偏轉(zhuǎn)且能從 P點(diǎn)射出；粒子在 側(cè)移過(guò)程中，電場(chǎng)力對(duì)其做正功，其速率 v不斷增 大，F(xiàn)B亦隨之增大，故到達(dá) P點(diǎn)時(shí)有可能使 FBFE， 選項(xiàng)A正確。帶電粒子進(jìn)入該區(qū)域后，蘆 FB、FE通 常不在同一直線上，加速度a除進(jìn)入瞬間為 護(hù) 外，其他各處均不為該值，選項(xiàng) B錯(cuò)。由于帶電粒 子在正交電、磁場(chǎng)中受洛倫茲力和電場(chǎng)力、做變加 速運(yùn)動(dòng)，其軌跡既非圓弧，亦非拋物線，不能用勻 變速運(yùn)動(dòng)有關(guān)規(guī)律求解 VP，可考慮用動(dòng)能定理求解，

8、 在以上過(guò)程中洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功，電場(chǎng)力 對(duì)其做正功，則有 八 7 廣“ /- ，C正確。故選 AC。 械用指廨3 - - 1 當(dāng)粒子所受電場(chǎng)力和洛倫茲 力的合力不為零時(shí)，粒子做曲線運(yùn)動(dòng)，這時(shí)其軌跡 既非圓弧，亦非拋物線，屬變加速曲線運(yùn)動(dòng)，不能 用勻變速動(dòng)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)等規(guī)律解答。 2 洛倫茲導(dǎo)示：微粒不可能做變速 直線運(yùn)動(dòng)，否則和v方向垂 力是與速度v相關(guān)的物理量，當(dāng)速度變化（大小、 方向）時(shí)，洛侖茲力也將隨之改變，要注意對(duì)粒子 的動(dòng)態(tài)分析。 方法探究恰好能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，之后經(jīng)過(guò) y軸上y = 2h 處的P3點(diǎn)進(jìn)入第四象限。已知重力加速度為go求： （1） 粒子到達(dá)P2點(diǎn)時(shí)速度的大小和

9、方向； （2） 第三象限空間中電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大??； （3） 帶電質(zhì)點(diǎn)在第四象限空間運(yùn)動(dòng)過(guò)程中最小速度 的大小和方向。 類型一動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題導(dǎo)示：質(zhì)點(diǎn)從Pi到P2，由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律:【例 1 1】如圖所示，空間某一區(qū)域有水平向右的勻 強(qiáng)電場(chǎng)E,垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng) B。豎直固定 的絕緣桿上套有一個(gè)帶正電的小球，電荷量為 q, 質(zhì)量為rn。小球和桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 卩且mg 卩qEo現(xiàn)使小球由靜止釋放，試求小球在下滑過(guò)程 中的最大加速度和最大速度。 眾出v=丿前+無(wú)=送/頁(yè).才閩導(dǎo)上4*祠亦向屁閃5曲* 峙ff晉. 13廉禺遺入碁內(nèi)永平古向上饋勻逵孔戰(zhàn)運(yùn)動(dòng).豎忙 方向S勺遂速直罐迷動(dòng).盤匣社

10、才向旳遼虔咸小到0時(shí)quit H小癢愛(ài)力如圖所 示申別W 水+方向 N 1 S .tL才向也聲翩iu 皺咅叩田,引+ *申，-當(dāng)N=0即qBqE時(shí)加誕 F 塵有址丸值皿=屮比時(shí)邛=舌口 質(zhì)點(diǎn)速度最小，即在水平方向分量 Vmin=VCOS45 =gh ，方向沿x軸正方向 聲用指廊 祈常屈一yE+W.愛(ài)力知圈H齊札 Mt ,Ff . .! f , Ft * 皿 * 小以他 加4L廢逢漸崔小的小連勢(shì)劭卜曲卍吾時(shí) 建膻有豪丸值. _ N +$E c wrjc 彳 M 呎一肆網(wǎng)甘 成功體驗(yàn) .S v： _ _ E3_K3_ 1 . （07山東濰坊）空間處有豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng), 水平向北的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，若在該

11、空間有一電子沿直線 該題目是一個(gè)動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題, 要明確由于洛倫茲力的變化，導(dǎo)致小球所受彈力的 方向也發(fā)生了改變。若磁場(chǎng)方向垂直紙面向里則小 球在下滑過(guò)程中的最大加速度和最大速度是多少 類型二帶電粒子在組合場(chǎng)中分析 【例2】（07北京西城）如圖所 示的坐標(biāo)系，x軸沿水平方向， y軸沿豎直方向。在x軸上方空 間的第一、第二象限內(nèi)，既無(wú)電 場(chǎng)也無(wú)磁場(chǎng)，在第三象限，存在沿 y軸正方向的勻 強(qiáng)電場(chǎng)和垂直于xy平面（紙畫）向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在 第四象限，存在沿y軸負(fù)方向、場(chǎng)強(qiáng)大小與第三象 限電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)相等的勻強(qiáng)電場(chǎng)。一質(zhì)量為 m、電量為 運(yùn)動(dòng).不計(jì)電子重力，則該電子的運(yùn)動(dòng)方向不可能的 是（ ） A .水平向東

12、 B.水平向西 2 . （07蘇錫常鎮(zhèn)二模）如圖所示的區(qū)域中，左邊為 垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B，右 邊是一個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度大小未知的勻強(qiáng)電場(chǎng)，其方向平 行于0C且垂直于磁場(chǎng)方向一個(gè)質(zhì)量為 m、電 荷量為-q的帶電粒子從P孔以初速度V沿垂直于 磁場(chǎng)方向進(jìn)人勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，初速度方向與邊界線的 夾角9 = 60，粒子恰好從C孔垂直于0C射入勻 強(qiáng)電場(chǎng)，最后打在 Q點(diǎn)，已知0Q = 2 OC，不計(jì) 粒子的重力，求：（l ）粒子從P運(yùn)動(dòng)到Q所用的時(shí) 間t o （ 2 ）電場(chǎng)強(qiáng)度E的大?。? ）粒子到達(dá)Q點(diǎn) 時(shí)的動(dòng)能EkQ C .豎直向上 導(dǎo)示小那升就晞聞+愛(ài)審力抄屮齊 半卯右的屯場(chǎng)力特抽心卑向左

13、韻 彈力，、.此時(shí)冒=”階桿烽小嵌向上的 厚展Zr J -/cV /jyE,曲于曙 A 網(wǎng)E, 幷曲小球帝建 下滑* 小球運(yùn)靖麻.產(chǎn)生向點(diǎn)的洛倫味力F = 廉點(diǎn)從丹f PM t力 與電騎詢學(xué)瞬洛掄搖力 捷供祠心力辛Ef界 I/TJJ = JFF!十 詢見(jiàn)何叢秦鬧 4 2R）E = H2ft3s +（2ft2 q的帶電質(zhì)點(diǎn)，從y軸上y = h處的Pi點(diǎn)以一定的 水平初速度沿x軸負(fù)方向進(jìn)入第二象限。然后經(jīng)過(guò) x軸上x = 一 2h處的P2點(diǎn)進(jìn)入第三象限，帶電質(zhì)點(diǎn) t = t| t2 = (3 ?二)衛(wèi) 3 qB 4. （07南京綜合檢測(cè)）如圖所示，坐標(biāo)系 xOy位于 豎直平面內(nèi)，在該區(qū)域內(nèi)有場(chǎng)強(qiáng)

14、E=12N/C、方向沿 x軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B=2T、 沿水平方向且垂直于 xOy平面指向紙里的勻強(qiáng)磁 場(chǎng).一個(gè)質(zhì)量m=4X10”kg，電量q=2.5 X0*C帶 正電的微粒，在xOy平面內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng) 到原點(diǎn)O時(shí)，撤去磁場(chǎng)，經(jīng)一段時(shí)間后，帶電微粒 運(yùn)動(dòng)到了 x軸上的P點(diǎn).取g= 10 m/s2，求：（1） P點(diǎn)到原點(diǎn)O的距離；（2）帶電微粒由原點(diǎn) O運(yùn)動(dòng) 到P點(diǎn)的時(shí)間. 卩 t X X X 5 X X X X X J X X P X X XXX 參考答案 1 . B C D 3. （07海淀）如圖所示，兩塊帶電金屬板 a b水平 正對(duì)放置，在板間形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向 上。板間同時(shí)存在與電場(chǎng)正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，假設(shè)電 場(chǎng)、磁場(chǎng)只存在于兩板間的空間區(qū)域。一束電子以 一定的初速度 V。從兩板的左端中央，沿垂直于電 場(chǎng)、磁場(chǎng)的方向射入場(chǎng)中，無(wú)偏轉(zhuǎn)的通過(guò)場(chǎng)區(qū)。 已知板長(zhǎng)l=10.0cm，兩板間距d=3.0cm，兩板間電 勢(shì)差U=150V，v=2.0X 10-7m/s。電子所帶電荷量與 其質(zhì)量之比e/m=1.76 x 1011 C/kg，電子電荷量e=1.60 X 10