物理新学案同步实用ppt课件选修31人教全国通用第三章磁场微型专题.pptx
微型专题6带电粒子在磁场或复合场中的运动,第三章磁场,学习目标1.掌握带电粒子在磁场中运动问题的分析方法，会分析带电粒子在有界磁场中的运动.2.会分析带电粒子在复合场中的运动问题.,内容索引,重点探究启迪思维 探究重点,达标检测检测评价 达标过关,重点探究,一、带电粒子在有界磁场中的运动,1.带电粒子在有界磁场中的圆周运动的几种常见情形(1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图1所示),图1,(2)平行边界(存在临界条件，如图2所示),图2,(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图3所示),图3,2.带电粒子在有界磁场中运动的临界问题带电粒子在有界磁场中运动，往往出现临界条件，要注意找临界条件并挖掘隐含条件.,例1如图4所示，直线MN上方存在着垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，质量为m、电荷量为q(q0)的粒子1在纸面内以速度v1v0从O点射入磁场，其方向与MN的夹角30；质量为m、电荷量为q的粒子2在纸面内以速度v2 v0也从O点射入磁场，其方向与MN的夹角60.已知粒子1、2同时到达磁场边界的A、B两点(图中未画出)，不计粒子的重力及粒子间的相互作用.(1)求两粒子在磁场边界上的穿出点A、B之间的距离d.,图4,答案,解析,解析粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨迹如图所示，由牛顿第二定律得,(2)求两粒子进入磁场的时间间隔t.,答案,解析,例2直线OM和直线ON之间的夹角为30，如图5所示，直线OM上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外.一带电粒子的质量为m，电荷量为q(q0).粒子沿纸面以大小为v的速度从OM上的某点向左上方射入磁场，速度与OM成30角.已知该粒子在磁场中的运动轨迹与ON只有一个交点，并从OM上另一点射出磁场.不计重力.粒子离开磁场的出射点到两直线交点O的距离为,图5,答案,解析,例3如图6所示，一质量为m，带电荷量为q的粒子从A点以水平速度v0正对圆心O射进一圆形磁场区域，磁场方向垂直纸面，磁感应强度大小为B.在磁场区域的正下方有一宽度为L的显示屏CD，显示屏的水平边界C、D两点到O点的距离均为L.粒子沿AO方向进入磁场，经磁场偏转恰好打在显示屏上的左边界C点.不计粒子重力.求：(1)粒子在磁场中的运动半径r.,图6,答案,解析,解析粒子在磁场中做匀速圆周运动，,(2)圆形磁场的方向及半径R.,答案,解析,解析由左手定则知磁场方向垂直纸面向外，粒子沿半径方向射入磁场，偏转后沿半径方向射出.轨迹如图，粒子恰好打在C点，速度偏转角为120.,(3)改变初速度的大小，使粒子沿AO方向进入磁场后，都能打在显示屏上，求速度的范围.,答案,解析,解析粒子打在C点速度最小，打在D点速度最大，,答案v0v3v0,所以粒子都能打在显示屏CD上的速度范围为：v0v3v0.,带电粒子在电场、磁场组合场中的运动是指粒子从电场到磁场或从磁场到电场的运动.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.1.在电场中运动：(1)若初速度v0与电场线平行，粒子做匀变速直线运动；(2)若初速度v0与电场线垂直，粒子做类平抛运动.2.在磁场中运动：(1)若初速度v0与磁感线平行，粒子做匀速直线运动；(2)若初速度v0与磁感线垂直，粒子做匀速圆周运动.,二、带电粒子在组合场中的运动,3.解决带电粒子在组合场中的运动问题，所需知识如下：,图7,例4(2017天津理综11)平面直角坐标系xOy中，第象限存在垂直于平面向里的匀强磁场，第象限存在沿y轴负方向的匀强电场，如图7所示.一带负电的粒子从电场中的Q点以速度v0沿x轴正方向开始运动.Q点到y轴的距离为到x轴距离的2倍.粒子从坐标原点O离开电场进入磁场，最终从x轴上的P点射出磁场，P点到y轴距离与Q点到y轴距离相等.不计粒子重力，问：(1)粒子到达O点时速度的大小和方向；,答案,解析,解析在电场中，粒子做类平抛运动，设Q点到x轴距离为L，到y轴距离为2L，粒子的加速度为a，运动时间为t，有2Lv0t L at2 设粒子到达O点时沿y轴方向的分速度为vyvyat 设粒子到达O点时速度方向与x轴正方向夹角为，有tan,联立式得45 即粒子到达O点时速度方向与x轴正方向成45角斜向上.设粒子到达O点时速度大小为v，由运动的合成有v 联立式得v v0,(2)电场强度和磁感应强度的大小之比.,答案,解析,解析设电场强度为E，粒子电荷量为q，质量为m，粒子在电场中受到的电场力为F，由牛顿第二定律可得Fma 又FqE 设磁场的磁感应强度大小为B，粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R，所受的洛伦兹力提供向心力，有qvBm 由几何关系可知R 联立式得,带电粒子在叠加场中的运动一般有两种情况：(1)直线运动：如果带电粒子在叠加场中做直线运动，一定是做匀速直线运动，合力为零.(2)圆周运动：如果带电粒子在叠加场中做圆周运动，一定是做匀速圆周运动，重力和电场力的合力为零，洛伦兹力提供向心力.,三、带电粒子在叠加场中的运动,例5如图8所示，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、带电荷量为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；,图8,答案,解析,解析要满足带负电微粒做匀速圆周运动，则：,(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角，如图所示.则该微粒至少需要经过多长时间才能运动到距地面最高点？最高点距地面多高？,答案,解析,解析如图所示，当微粒第一次运动到最高点时，135，,达标检测,1.(圆形磁场边界问题)半径为r的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子(不计重力)从A点以速度v0垂直磁场方向射入磁场中，并从B点射出.AOB120，如图9所示，则该带电粒子在磁场中运动的时间为,图9,答案,1,2,3,4,解析,1,2,3,4,2.(圆周运动的临界问题)(多选)如图10所示，左、右边界分别为PP、QQ的匀强磁场的宽度为d，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里.一个质量为m、电荷量为q的带电粒子，沿图示方向以速度v0垂直射入磁场.欲使粒子不能从边界QQ射出，粒子入射速度v0的最大值可能是,图10,1,2,3,4,答案,解析,若粒子带负电，其运动轨迹如图乙所示(此时圆心为O点)，容易看出R2R2cos 45d，将R2 代入上式得v0，C项正确.,解析粒子射入磁场后做匀速圆周运动，由r 知，粒子的入射速度v0越大，r越大，当粒子的径迹和边界QQ相切时，粒子刚好不从QQ射出，此时其入射速度v0应为最大.若粒子带正电，其运动轨迹如图甲所示(此时圆心为O点)，容易看出R1sin 45dR1，将R1 代入上式得v0，B项正确.,1,2,3,4,3.(带电粒子在叠加场中的运动)(2017全国卷16)如图11，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.mambmc B.mbmamcC.mcmamb D.mcmbma,答案,图11,1,2,3,4,解析,解析设三个微粒的电荷量均为q，a在纸面内做匀速圆周运动，说明洛伦兹力提供向心力，重力与电场力平衡，即magqE b在纸面内向右做匀速直线运动，三力平衡，则mbgqEqvB c在纸面内向左做匀速直线运动，三力平衡，则mcgqvBqE 比较式得：mbmamc，选项B正确.,1,2,3,4,4.(带电粒子在组合场中的运动)在平面直角坐标系xOy中，第象限存在沿y轴负方向的匀强电场，第象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度为B.一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从y轴正半轴上的M点以速度v0垂直于y轴射入电场，经x轴上的N点与x轴正方向成60角射入磁场，最后从y轴负半轴上的P点垂直于y轴射出磁场，如图12所示.不计粒子重力，求：(1)M、N两点间的电势差UMN；,图12,1,2,3,4,答案,解析,解析设粒子过N点时的速度为v，有 cos 故v2v0粒子从M点运动到N点的过程，由动能定理，得,1,2,3,4,(2)粒子在磁场中运动的轨道半径r；,1,2,3,4,答案,解析,解析过点N作v的垂线，与y轴交点为O，如图所示，粒子在磁场中以O为圆心做匀速圆周运动，半径为ON，有qvB,1,2,3,4,(3)粒子从M点运动到P点的总时间t.,答案,解析,1,2,3,4,解析由几何关系得ONrsin 设粒子在电场中运动的时间为t1，有ONv0t1,tt1t2,dsfdbsy384y982ythb3oibt4oy39y409705923y09y53b2lkboi2y58wy0ehtoibwoify98wy049ywh4b3oiut89u983yf9ivh98y98sv98hv98ys9f698y9v698yv98x98tb98fyd98gyd98h98ds98nt98d8genklgb4klebtlkb5k tkeirh893y89ey698vhkrne lkhgi8eyokbnkdhf98hodf hxvy78fd678t9fdu90gys98y9shihixyv78dfhvifndovhf9f8yv9onvkobkw kjfegiudsfdbsy384y982ythb3oibt4oy39y409705923y09y53b2lkboi2y58wy0ehtoibwoify98wy049ywh4b3oiut89u983yf9ivh98y98sv98hv98ys9f698y9v698yv98x98tb98fyd98gyd98h98ds98nt98d8genklgb4klebtlkb5k tkeirh893y89ey698vhkrne lkhgi8eyokbnkdhf98hodf hxvy78fd678t9fdu90gys98y9shihixyv78dfhvifndovhf9f8yv9onvkobkw kjfegiudsfdbsy384y982ythb3oibt4oy39y409705923y09y53b2lkboi2y58wy0ehtoibwoify98wy049ywh4b3oiut89u983yf9ivh98y98sv98hv98ys9f698y9v698yv98x98tb98fyd98gyd98h98ds98nt98d8gen,56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm,56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm56384866666gjfdghmghm,￥1111111111111111111111111111111222222222222222222222222222222222222222222222222222222223333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333344444￥,
