高三物理课件 带电粒子在场中的运动.pptVIP

* * * * * * * * * * 专题三带电粒子在场中的运动 思想方法提炼 感悟·渗透·应用 思想方法提炼 带电粒子在某种场(重力场、电场、磁场或复合场)中的运动问题，本质还是物体的动力学问题 1.电场力、磁场力、重力的性质和特点：匀强场中重力和电场力均为恒力，可能做功；洛伦兹力总不做功；电场力和磁场力都与电荷正负、场的方向有关，磁场力还受粒子的速度影响，反过来影响粒子的速度变化. 思想方法提炼 2.动力学理论： (1)粒子所受的合力和初速度决定粒子的运动轨迹及运动性质； (2)匀变速直线运动公式、运动的合成和分解、匀速圆周运动的运动学公式； (3)牛顿运动定律、动量定理和动量守恒定律； (4)动能定理、能量守恒定律. 思想方法提炼 3.数学知识与方法：对粒子运动路线上空间位置、距离的关系，注意利用几何知识、代数知识、图像知识和数形结合的思想综合分析运算. 4.在生产、生活、科研中的应用：如显像管、回旋加速器、速度选择器、正负电子对撞机、质谱仪、电磁流量计、磁流体发电机、霍尔效应等等. 正因为这类问题涉及知识面大、能力要求高，而成为近几年高考的热点问题，题型有选择、填空、作图等，更多的是作为压轴题的说理、计算题. 感悟·渗透·应用 分析此类问题的一般方法为：首先从粒子的开始运动状态受力分析着手，由合力和初速度判断粒子的运动轨迹和运动性质，注意速度和洛伦兹力相互影响这一特点，将整个运动过程和各个阶段都分析清楚，然后再结合题设条件，边界条件等，选取粒子的运动过程，选用有关动力学理论公式求解 常见的问题类型及解法. 1.运动过程较为简单，属于匀速直线、匀变速直线、匀变速曲线、匀速圆周运动等几种基本的运动模型 感悟·渗透·应用 【例1】如图3-1所示，在某个空间内有水平方向相互垂直的匀强磁场和匀强电场，电场强度E=103V/m，又有一个质量m=2×10-6kg、带电量q=2×10-6C的微粒，在这个空间做匀速直线运动.假如在这个微粒经过某条电场线时突然撤去磁场，那么，当它再次经过同一条电场线时，微粒在电场线方向上移动了多大距离(g取10m/s2) 图3-1 感悟·渗透·应用 【解析】微粒开始是在三种场叠加的空间做匀速直线运动，由平衡条件知重力、电场力和磁场力三力平衡，且三力方向应如图3-2所示. 图3-2 感悟·渗透·应用 撤去磁场后，微粒所受重力、电场力的合力为恒力，且与速度垂直，微粒做匀变速曲线运动，可分解为水平和坚直两方向的两个匀变速直线运动如图3-3所示 图3-3 感悟·渗透·应用 微粒在电、磁场中做匀速直线运动时，三力应满足如图3-2所示关系，得tan?=qE/mg= ， f= ，f=qvB，解之得v=2m/s.撤去磁场后，将微粒运动分解为水平、竖直两方向的匀变速直线运动，水平方向只受电场力qE，初速度vx，竖直方向只受重力mg，初速度vy，如图3-3所示，微粒回到同一条电场线的时间t=2vy/g=2vsin(?/3)/g= /5s. 则微粒在电场线方向移动距离: s= 感悟·渗透·应用 【解题回顾】本题的关键有两点： (1)根据平衡条件结合各力特点画出三力关系；(2)将匀变速曲线运动分解 感悟·渗透·应用 2.受力情况和运动过程虽然复杂，但已知量和未知量之间可以通过功能关系建立直接联系. 感悟·渗透·应用 【例2】如图3-4所示，质量为m，电量为q的带正电的微粒以初速度v0垂直射入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，刚好沿直线射出该场区，若同一微粒以初速度v0/2垂直射入该场区，则微粒沿图示的曲线从P点以2v0速度离开场区，求微粒在场区中的横向(垂直于v0方向)位移，已知磁场的磁感应强度大小为B. 图3-4 感悟·渗透·应用 【解析】速度为v0时粒子受重、电场力和磁场力，三力在竖直方向平衡；速度为v0/2时，磁场力变小，三力不平衡，微粒应做变加速度的曲线运动. 当微粒的速度为v0时，做水平匀速直线运动，有: qE=mg+qv0B①； 当微粒的速度为v0/2时，它做曲线运动，但洛伦兹力对运动的电荷不做功，只有重力和电场力做功，设微粒横向位移为s，由动能定理 (qE-mg)s=1/2m(2v0)2-1/2m(v0/2)2②. 将①式代入②式得qv0BS=15mv02/8， 所以s=15mv0/(8qB). 感悟·渗透·应用 【解题回顾】由于洛伦兹力的特点往往会使微粒的运动很复杂，但这类只涉及初、末状态参量而不涉及中间状态性质的问题常用动量、能量观点分析求解 感悟·渗透·应用 3.由于磁场力和运动状态相互影响，有些问题需要对运动过程进行动态分析