(2021新人教版)高中物理选择性必修第二册第一章第三节 带电粒子在电磁场中的运动-素养拓展 导学案.doc
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1、高二物理导学案 习题课:带电粒子在电磁场中的运动-素养拓展 【情景导入】【情景导入】 速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应、质谱仪、回旋加速器,这速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应、质谱仪、回旋加速器,这 些都是带电粒子在电磁场中运动的应用些都是带电粒子在电磁场中运动的应用,那么那么,带电粒子在电磁场中的运动情况还有哪带电粒子在电磁场中的运动情况还有哪 些呢?包含哪些类型呢?它们所对应的受力情况和运动情况怎么去分析呢?些呢?包含哪些类型呢?它们所对应的受力情况和运动情况怎么去分析呢? 【学习目标学习目标】 【 知识复习知识复习】 一、带电粒子在单一独立场的运动一、带电粒子
2、在单一独立场的运动 1 1、带电粒子在电场中的运动、带电粒子在电场中的运动 (1 1)带电粒子在电场中的直线加速运动:()带电粒子在电场中的直线加速运动:(应用应用定理、定理、定律)定律) (2 2)带电粒子在电场中的偏转:()带电粒子在电场中的偏转:(运动)运动) 2 2、带电粒子在磁场中的运动(、带电粒子在磁场中的运动(条件条件 a.a.运动电荷运动电荷 b.b.垂直垂直 c.c.匀强磁场)匀强磁场) (1 1)匀速圆周运动()匀速圆周运动(应用应用定律、定律、可求可求公式、公式、公式)公式) (2 2)有边界磁场的类型(定)有边界磁场的类型(定、求、求、求、求) 二、带电粒子在组合场中的
3、运动二、带电粒子在组合场中的运动 1 1、质谱仪、质谱仪(电场加速(电场加速应用应用定理、磁场偏转定理、磁场偏转应用应用运动运动定定 律律 研究带电粒子研究带电粒子和和) 2 2、回旋加速器(电场加速、回旋加速器(电场加速定理、磁场偏转定理、磁场偏转应用应用运动运动定律定律 获得获得带电粒子)带电粒子) 3 3、 带电粒子在组合电磁场带电粒子在组合电磁场拓展学习、一拓展学习、一 三、带电粒子在复合场(叠加场)中的运动三、带电粒子在复合场(叠加场)中的运动 学习目标学习目标 1.理解组合场和叠加场的概念理解组合场和叠加场的概念 2会分析粒子在各种场中的受力特点会分析粒子在各种场中的受力特点 3掌
4、握粒子在复合场中运动问题的分析方法掌握粒子在复合场中运动问题的分析方法. 1 1、现代科技现代科技应用:(应用:(1 1)速度选择器()速度选择器(2 2)磁流体发电机()磁流体发电机(3 3)电磁流量计()电磁流量计(4 4)霍)霍 尔效应尔效应 以上应用以上应用:忽略重力,带电粒子:忽略重力,带电粒子平衡,平衡,做做运动运动 2 2、带电粒子在其他复合场(包括重力场)中的运动、带电粒子在其他复合场(包括重力场)中的运动拓展学习、二拓展学习、二 【探究思考探究思考】探究点探究点一一、带电粒子在组合场中的运动带电粒子在组合场中的运动 问题问题 1、组合场组合场:电场与磁场各位于一定的区域内电场
5、与磁场各位于一定的区域内,并不重叠并不重叠,一般为两场相邻一般为两场相邻 或在同一区域电场、磁场交替出现或在同一区域电场、磁场交替出现“电偏转电偏转”和和“磁偏转磁偏转”的比较有哪些不同呢?的比较有哪些不同呢? 问题问题 2、如图所示如图所示,在平面坐标系在平面坐标系 xOy 内内,第第、象限内存在沿象限内存在沿 y 轴正方向的轴正方向的 匀强电场,第匀强电场,第、象限内存在半径为象限内存在半径为 L 的圆形匀强磁场,磁场圆心在的圆形匀强磁场,磁场圆心在 M(L,0)点,磁点,磁 场方向垂直于坐标平面向外场方向垂直于坐标平面向外一带正电粒子从第一带正电粒子从第象限中的象限中的 Q(2L,L)点
6、以速度点以速度 v0 沿沿 x 轴正方向射出轴正方向射出,恰好从坐标原点恰好从坐标原点 O 进入磁场进入磁场,从从 P(2L,0)点射出磁场点射出磁场不计粒子重不计粒子重 力,求:力,求: (1)带电粒子进入磁场时的速度大小和方向;带电粒子进入磁场时的速度大小和方向; (2)电场强度与磁感应强度大小之比;电场强度与磁感应强度大小之比; (3)粒子在磁场与电场中运动时间之比粒子在磁场与电场中运动时间之比 解析(1)设粒子的质量和所带正电荷分别为 m 和 q, 粒子在电场中 运动时,由类平抛运动规律及牛顿运动定律得 2Lv0t1 L1 2at 2 1 qEma 粒子到达 O 点时沿y 方向分速度为
7、 vyat1v0 因 tan vy v01,则45 即带电粒子进入磁场时的速度方向与 x 轴成 45角斜向上 粒子在磁场中的速度为 v 2v0. (2)由牛顿第二定律得 Bqvmv 2 r 由几何关系得 r 2L 则 Bmv0 qL 由(1)中各式可得 Emv 2 0 2qL 则E B v0 2 . (3)粒子在磁场中运动的周期 T2r v 2L v0 粒子在磁场中运动的时间为 t21 4T L 2v0 由(1)可得粒子在电场中运动的时间 t12L v0 则t2 t1 4. 答案(1) 2v0与 x 轴成 45角斜向上(2)v0 2 (3) 4 探究点探究点二二、带电粒子在叠加场中的运动带电粒
8、子在叠加场中的运动 问题问题 1、叠加场叠加场:电场电场、磁场磁场、重力场共存重力场共存,或其中某两场共存或其中某两场共存处理处理带电粒子带电粒子 在叠加场中的运动在叠加场中的运动基本思路有哪些呢?基本思路有哪些呢? 问题问题 2、如图所示,在地面附近有一个范围足够大的相互正交的匀强电场和如图所示,在地面附近有一个范围足够大的相互正交的匀强电场和 匀强磁场匀强磁场匀强磁场的磁感应强度为匀强磁场的磁感应强度为 B,方向水平并垂直纸面向外方向水平并垂直纸面向外,一质量为一质量为 m、带电带电 荷量为荷量为q 的带电微粒在此区域恰好做速度大小为的带电微粒在此区域恰好做速度大小为 v 的匀速圆周运动的
9、匀速圆周运动(重力加速度重力加速度为为 g) (1)求此区域内电场强度的大小和方向;求此区域内电场强度的大小和方向; (2)若某时刻微粒运动到场中距地面高度为若某时刻微粒运动到场中距地面高度为 H 的的 P 点,点, 速度与水平方向成速度与水平方向成 45角,如图所示角,如图所示 则该微粒至少需要经过多长时间才能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?运动到距地面最高点?最高点距地面多高? 解析(1) 要满足带负电微粒做匀速圆周运动,则: qEmg 得 Emg q ,方向竖直向下 (2)如图所示,当微粒第一次运动到最高点时,135, 则 t 360T 135 3
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