高三物理轮复习名师点拨专题带电粒子在组合场复合场中的运动.pptVIP

热点考向2 带电粒子在复合场中的运动? 【典例2】(16分)(2013·信阳一模)如图所示,MN是一段在竖直 平面内半径为1m的光滑的 圆弧轨道,轨道上存在水平向右的 匀强电场。轨道的右侧有一垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应 强度为B1=0.1T。现有一带电荷量为1C、质量为100 g的带正电 小球从M点由静止开始自由下滑,恰能沿NP方向做直线运动,并 进入右侧的复合场(NP沿复合场的中心线)。已知AB板间的电压 为UBA=2V,板间距离d=2m,板的长度L=3m,若小球恰能从板的边 沿飞出,g取10m/s2。求: (1)小球运动到N点时的速度v。 (2)水平向右的匀强电场的电场强度E。 (3)复合场中的匀强磁场的磁感应强度B2。 【解题探究】 (1)分别画出小球在MN上、NP间、AB间的受力分析图。 提示: 在AB间 在NP间 在MN上 (2)带电小球恰能沿NP方向做直线运动,满足的力学关系式 为_______。 (3)试分析小球在AB间做什么运动,并画出恰能从板边沿飞出 时的轨迹示意图。 提示:在AB间,电场力qE=q =1N,与重力mg=1N相等,故小球在AB间相当于仅受洛伦兹力,从而小球做匀速圆周运动,轨迹如图所示。 mg=qvB1 【解析】(1)小球沿NP做直线运动,由平衡条件可得:mg=qvB1　 (2分) 得v=10m/s (1分) (2)小球从M点到N点的过程中,由动能定理得: mgR+qER= mv2　 (2分) 代入数据解得:E=4N/C (1分) (3)在板间复合场中小球受电场力 =1N,与重力平衡,故 小球做匀速圆周运动。　 (4分) 设运动半径为R′,由几何知识得: R′2=L2+(R′- )2　 (2分) 解得:R′=5m (1分) 由qvB2= 解得:B2=0.2T。　 (3分) 答案:(1)10m/s　(2)4 N/C　(3)0.2 T 【拓展延伸】典例中: (1)若AB间没有磁场,小球做什么运动?若没有电场,小球又做什么运动? 提示:AB间没有磁场时,由于qE=mg,则小球将做匀速直线运动。AB间没有电场时,由于qvB2=1×10×0.2N=2 Nmg=1N,小球将向上做非匀变速曲线运动。 (2)若AB间没有电场时,如何求小球恰好离开AB板间的速度大 小? 提示:由动能定理求出,只有重力做负功,即-mg· mv2,即v′= 【总结提升】　带电粒子在复合场中运动的处理方法 (1)弄清复合场的组成特点。 (2)正确分析带电粒子的受力及运动特点。 (3)画出粒子的运动轨迹,灵活选择不同的运动规律。 ①若只有两个场且正交。例如,电场与磁场中满足qE=qvB或重力场与磁场中满足mg=qvB或重力场与电场中满足mg=qE,都表现为匀速直线运动或静止,根据受力平衡列方程求解。 ②三场共存时,合力为零,受力平衡,粒子做匀速直线运动。其中洛伦兹力F洛=qvB的方向与速度v垂直。 ③三场共存时,粒子在复合场中做匀速圆周运动。mg与qE相平 衡,有mg=qE,由此可计算粒子比荷,判定粒子电性。粒子在洛 伦兹力作用下做匀速圆周运动,应用受力平衡和牛顿运动定 律结合圆周运动规律求解,有qvB=mrω2= =ma。 ④当带电粒子做复杂的曲线运动或有约束的变速直线运动时, 一般用动能定理或能量守恒定律求解。 【变式训练】(2013·苏州一模)如图所示,在 MN、PQ间同时存在匀强磁场和匀强电场,磁场 方向垂直纸面水平向外,电场在图中没有标出。一带电小球从 a点射入场区,并在竖直面内沿直线运动至b点,则小球(　　) A.一定带正电 B.受到电场力的方向一定水平向右 C.从a到b过程,克服电场力做功 D.从a到b过程中可能做匀加速运动 【解析】选C。无论电场方向沿什么方向,小球带正电还是负电,电场力与重力的合力是一定的,且与洛伦兹力等大反向,故要使小球做直线运动,洛伦兹力恒定不变,其速度大小也恒定不变,故D错误;只要保证三个力的合力为零,因电场方向没确定,故小球电性也不确定,A、B均错误;由WG+W电=0可知,重力做功WG0,故W电0,小球一定克服电场力做功,C正确。 【变式备选】如图所示的坐标系,x轴沿