第一章习题课带电粒子在有界磁场或复合场中的运动—20202021(新教材)高中物理选择性必修第二册课件.pptx
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- 第一章 习题 带电 粒子 磁场 复合 中的 运动 20202021 新教材 高中物理 选择性 必修 第二 课件
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1、习题课:带电粒子在有界磁场或复合场中的运动探究一探究二探究三随堂检测带电粒子在有界磁场中的运动情境探究如图所示,(a)图为单边界匀强磁场;(b)图为两边界相互平行的匀强磁场,粒子垂直左边界射入,从右边界射出,且与右边界夹角为;(c)图为两边界相互平行的匀强磁场,粒子与左边界夹角为射入,恰好不从右边界射出;(d)图为圆形边界的匀强磁场,粒子正对圆心射入。试在图中画出粒子运动轨迹的示意图。探究一探究二探究三随堂检测要点提示:探究一探究二探究三随堂检测知识归纳1.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法三步法(1)画轨迹。即确定圆心,画出轨迹。(2)定半径。由半径公式r=求解;利用几何知识解直
2、角三角形求解,做题时一定要作好辅助线,由圆的半径和其他几何边构成直角三角形。探究一探究二探究三随堂检测探究一探究二探究三随堂检测2.带电粒子在有界磁场中运动的几个结论(1)粒子进入单边磁场时,进、出磁场具有对称性,如图(a)(b)(c)所示。(2)在圆形磁场区域内,沿径向射入的粒子,必沿径向射出,如图(d)所示。(3)当速率一定时,粒子运动的弧长越长,圆心角越大,运动时间越长。探究一探究二探究三随堂检测实例引导例1 如图所示,PN和MQ两板平行且板间存在垂直纸面向里的匀强磁场,两板间距离及PN和MQ长均为d,一带正电质子从PN板的正中间O点以速度v0垂直射入磁场,为使质子能射出两板间,试求磁感
3、应强度B的大小。已知质子带电荷量为e,质量为m。探究一探究二探究三随堂检测探究一探究二探究三随堂检测规律方法带电粒子在有界磁场中运动的临界问题这类题目中往往含有“最大”“最高”“至少”“恰好”等词语,关键是从轨迹入手找准临界状态及其条件,如带电粒子刚好穿出或刚好不穿出磁场的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切。(1)当粒子的入射方向不变而速度大小可变时,由于半径不确定,可从轨迹圆的缩放中发现临界点。(2)当粒子的入射速度大小确定而方向不确定时,轨迹圆大小不变,只是位置绕入射点发生了旋转,可从确定圆的动态旋转中发现临界点。探究一探究二探究三随堂检测变式训练1真空区域有宽度为l、磁感应强度为
4、B的匀强磁场,磁场方向如图所示,MN、PQ是磁场的边界。质量为m、电荷量为+q的粒子沿着与MN夹角为=30的方向垂直射入磁场中,粒子不能从PQ边界射出磁场(不计粒子重力的影响),求:(1)粒子射入磁场的速度大小范围;(2)粒子在磁场中的运动时间。探究一探究二探究三随堂检测(2)粒子的速度大小不同,轨迹不同,但圆心角相同,即在磁场中的运动时间相同。由几何知识可看出,轨迹所对圆心角为300,则运动时间探究一探究二探究三随堂检测带电粒子在组合场中的运动情境探究如图所示,x轴上方有匀强磁场B,下方有竖直向下的匀强电场E。电荷量为-q、质量为m(重力不计)的粒子静止在y轴上M(0,-l)点,由静止释放带
5、电粒子,问:(1)带电粒子进入磁场的速度为多大?(2)带电粒子第二次经过x轴上的N点距坐标原点多远?(3)粒子从M点运动到N点经历多长的时间?探究一探究二探究三随堂检测探究一探究二探究三随堂检测知识归纳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.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。电场中常有两种运动方式:加速或偏转;而匀强磁场中,带电粒子常做匀速圆周运动。3.组合场中电场和磁场是各自独立的,计算时可以单独使用带电粒子在电场或
6、磁场中的运动公式来列式处理。4.建立粒子在不同场中运动间的联系:确定粒子从一种场进入另一种场的位置、速度大小、方向是关键。探究一探究二探究三随堂检测实例引导例2 如图所示,在直角坐标系xOy的第一象限中分布着沿y轴负方向的匀强电场,在第四象限中分布着方向垂直于纸面向里的匀强磁场。一个质量为m、电荷量为+q的微粒,在点A(0,3)以初速度v0=120 m/s平行x轴正方向射入电场区域,然后从电场区域进入磁场,又从磁场进入电场,并且先后只通过x轴上的点P(6,0)和点Q(8,0)各一次。已知该微粒的比荷为 =102 C/kg,微粒重力不计,求:(1)微粒从A到P所经历的时间和加速度的大小。(2)微
7、粒到达P点时速度方向与x轴正方向的夹角,并画出带电微粒在电场和磁场中由A至Q的运动轨迹。(3)电场强度E和磁感应强度B的大小。探究一探究二探究三随堂检测解析:(1)微粒从平行x轴正方向射入电场区域,由A到P做类平抛运动,微粒在x轴正方向做匀速直线运动,轨迹如图(3)由qE=ma,得E=24 N/C探究一探究二探究三随堂检测答案:(1)0.05 s2.4103 m/s2(2)45见解析图(3)24 N/C1.2 T规律方法对于带电粒子在电场和磁场的组合场中的运动,通常按时间的先后顺序分成若干个小过程,在每一个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
8、磁场中做什么运动,确定粒子从一种场进入另一种场的位置、速度大小、方向是关键。探究一探究二探究三随堂检测变式训练2如图所示,在x轴上方有垂直于xOy平面向里的匀强磁场,磁感应强度为B;在x轴下方有沿y轴负方向的匀强电场,电场强度为E。一质量为m、电荷量为-q的粒子从坐标原点沿着y轴正方向射出,射出之后,第三次到达x轴时,它与点O的距离为L,求此粒子射出时的速度大小v和运动的总路程s(重力不计)。探究一探究二探究三随堂检测解析:粒子在磁场中的运动为匀速圆周运动,在电场中的运动为匀变速直线运动。画出粒子运动的过程草图。根据这张图可知粒子在磁场中运动半个周期后第一次通过x轴进入电场,做匀减速运动至速度
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