专题 带电粒子在组合场、叠加场中运动 学案

学习内容：《 专题：带电粒子在组合场、叠加场中的运动》 总第_____课时
课标核心素养要求 会分析带电粒子在组合场、叠加场中的运动问题
学习目标 1.学会分析带电粒子在组合场中运动的分析方法，会分析两场边界带电粒子的速度大小和方向.2.会分析带电粒子在叠加场中的受力情况和运动情况，能正确选择物理规律解答问题.
学习重点 带电粒子在组合场、叠加场中的运动分析
学习过程 教学笔记
【自主学习】 回顾：带电粒子在电场和磁场中运动规律 【合作学习·难点探究】 任务一、带电粒子在组合场中的运动分析 【方法梳理】1.组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，一般为两场相邻或在同一区域电场、磁场交替出现. 2.解题时要弄清楚场的性质、场的方向、强弱、范围等. 3.要正确进行受力分析，确定带电粒子的运动状态. (1)仅在电场中运动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)仅在磁场中运动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 4.分析带电粒子的运动过程，画出运动轨迹是解题的关键. 特别提醒：从一个场射出的末速度是进入另一个场的初速度，因此两场界面处的速度(大小和方向)是联系两运动的桥梁，求解速度是重中之重. 【例1】如图所示，在平面直角坐标系xOy内，第Ⅱ、Ⅲ象限内存在沿y轴正方向的匀强电场，第Ⅰ、Ⅳ象限内存在半径为L的圆形匀强磁场，磁场圆心在M(L,0)点，磁场方向垂直于坐标平面向外.一带正电粒子从第Ⅲ象限中的Q(－2L，－L)点以速度v0沿x轴正方向射入，恰好从坐标原点O进入磁场，从P(2L,0)点射出磁场，不计粒子重 力，求： (1)电场强度与磁感应强度大小的比值； (2)粒子在磁场与电场中运动时间的比值. 【针对训练】1、在平面直角坐标系xOy中，第Ⅰ象限存在沿y轴负方向的匀强电场，第Ⅳ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θ＝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； (2)粒子在磁场中运动的轨道半径r； (3)粒子从M点运动到P点的总时间t. 任务二、带电粒子在叠加场中的运动问题分析 【方法梳理】处理带电粒子在叠加场中的运动的基本思路 1.弄清叠加场的组成. 2.进行受力分析，确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合. 3.画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律. (1)当带电粒子在叠加场中做匀速直线运动时，根据受力平衡列方程求解. (2)当带电粒子在叠加场中做匀速圆周运动时，一定是电场力和重力平衡，洛伦兹力提供向心力，应用平衡条件和牛顿运动定律分别列方程求解. (3)当带电粒子做复杂曲线运动时，一般用动能定理或能量守恒定律求解. 【例2】如图所示，空间中的匀强电场水平向右，匀强磁场垂直纸面向里，一带电微粒沿着直线从M运动到N，以下说法正确的是（ ） A.带电微粒可能带负电 B.运动过程中带电微粒的动能保持不变 C.运动过程中带电微粒的电势能增加 D.运动过程中带电微粒的机械能守恒 【针对训练】2、如图所示，A、B间存在与竖直方向成45°斜向上的匀强电场E1，B、C间存在竖直向上的匀强电场E2，A、B的间距为1.25 m，B、C的间距为3 m，C为荧光屏.一质量m＝1.0×10－3 kg、电荷量q＝＋1.0×10－2 C的带电粒子由a点静止释放，恰好沿水平方向经过b点到达荧光屏上的O点.若在B、C间再加方向垂直纸面向外且大小为B＝0.1 T的匀强磁场，粒子经b点偏转到达荧光屏O′点(图中未画出).取g＝10 m/s2.求： (1)E1的大小； (2)加上磁场后，粒子由b点到O′点电势能的变化量. 【达标训练·限时检测】 1、空间存在竖直向下的匀强电场和水平方向(垂直纸面向里)的匀强磁场，如图所示，已知一离子在电场力和洛伦兹力共同作用下，从静止开始自A点沿曲线ACB运动，到达B点时速度为零，C为运动的最低点.不计重力，则( ) A.该离子带负电 B.A、B两点位于同一高度 C.到达C点时离子速度最大 D.离子到达B点后，将沿原曲线返回A点 2、如图所示，在直角三角形OPN区域内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外.一带正电的粒子从静止开始经电压U加速后，沿平行于x轴的方向射入磁场；一段时间后，该粒子在OP边上某点以垂直于x轴的方向射出.已知O点为坐标原点，N点在y轴上，OP与x轴的夹角为30°，粒子进入磁场的入射点与离开磁场的出射点之间的距离为d，不计重力.求： (1)带电粒子的比荷； (2)带电粒子从射入磁场到运动至x轴的时间 3、如图所示，在平面直角坐标系的第一、四象限存在一宽度为a、垂直纸面向外的有界匀强磁场，磁感应强度的大小为B；在第三象限存在与y轴正方向成θ＝60°角的匀强电场.一个粒子源在P点能释放质量为m、电荷量为＋q的粒子，粒子的初速度可以忽略.粒子恰好不能从DH射出，已知电场强度E＝ ，不计粒子的重力，求P点到O点的距离和粒子在磁场中运动的半径. 4、一质量为m的带电小球在相互垂直的匀强电场、匀强磁场中做匀速圆周运动，匀强电场竖直向上，场强为E，匀强磁场水平且垂直纸面向里，磁感应强度为B，重力加速度为g，如图所示，下列说法正确的是(　　) A．沿垂直纸面方向向里看，小球绕行方向为顺时针方向 B．小球一定带正电且小球的电荷量q＝ C．由于洛伦兹力不做功，故小球运动过程中机械能守恒 D．由于合外力做功等于零，故小球运动过程中动能不变 5、如图9所示的直角坐标系中，第一象限内存在与x轴成30°角斜向下的匀强电场，电场强度E＝400 N/C；第四象限内存在垂直于纸面向里的有界匀强磁场，其沿x轴方向的宽度OA＝20 cm，沿y轴负方向宽度无限大，磁感应强度B＝1×10－4 T.现有一比荷为 ＝2×1011 C/kg的正离子(不计重力)，以某一速度v0从O点射入磁场，其方向与x轴正方向夹角α＝60°，离子通过磁场后刚好从A点射出，之后进入电场. (1)求离子进入磁场的速度v0的大小；(2)离子进入电场后，经过多长时间再次到达x轴上 【反思总结】 答案 【例1】 　(1) (2) 【针对训练】1、略 【例2】 B 【针对性训练】2、（1） N/C（2）电势能增加了1.0×10－2 J. 【达标训练·限时检测】 BC 2、 （1） （2） 3、a　a 4、BD 5、（1） 4×106 m/s （2）×10－7 s