《带电粒子在复合场中的运动》教案153419

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1、欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！ 带电粒子在复合场中的运动教案 一、教学目标 （一）知识与技能 1. 知道什么是复合场，以及复合场的分类和特点。 2. 掌握带电粒子在复合场中的运动分析的基本方法和思路。 （二）过程与方法 1. 让学生学会从动力学和能量这两个角度来分析粒子的运动问题。 2. 让学生注意重力、电场力和洛伦兹力各自的特点。 （三）情感、态度与价值观 让学生利用所学知识去解决实际当中的问题，体会物理规律在自然界中的普遍性。 二、教学重难点 教学重点：粒子在复合场中的运动分析的基本方法和思路。 教学难点：三种场复合时粒子

2、运动问题的求解。 三、教学方法 引导探究、讲授、讨论、练习、总结 四、教学过程 （一）复习引入 1. 复合场： (1)叠加场：同一区域电场、磁场、重力场共存，或其中某两种场共存。 (2)组合场：电场、磁场、重力场各位于一定的区域内，并不重叠或在同一区域，各种场交替出现。 2. 三种场的比较： 力的特点 功和能的特点 重力场 大小： mgG 方向：竖直向下 重力做功与路径无关； 重力做功改变物体的重力势能 静电场 大小：EqF 方向：正电荷受力方向与场强方向一致；负电荷受力方向与场强方向相反 电场力做功与路径无关 UqW ； 电场力做功改变电荷的电势能 磁场 大小：洛伦兹力）（BvqvBf 方向

3、：遵循左手定则 洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的速度大小 3. 复合场中是否需要考虑粒子重力的几种情况： (1) 在题目中有明确说明是否要考虑重力的，按题目要求处理。 (2) 对于微观粒子，如电子、质子、正负离子等，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些宏观物体，如带电小球、液滴、尘埃、金属块等一般应考虑其重力。 注意：不能直接判断是否要考虑重力的情况，在进行受力分析与运动分析时，要根据运动状态来确定是否要考虑重力。 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！ （二）课程展开 例题 1. 如图所示，光滑绝缘轨道

4、 ACD 竖直放置，其轨道末端切线水平，在其右侧有一正交的匀强电场和匀强磁场区域，电场竖直向上，磁场垂直纸面向里。一个带电小球从轨道上的 A 点由静止滑下，经 D 点进入场区后，恰好沿水平方向做直线运动。则可判定( ) A. 小球带负电 B. 小球带正电 C. 若小球从 C 点由静止滑下，进入场区后将立即向上偏 D. 若小球从 C 点由静止滑下，进入场区后将立即向下偏 解： A 和 B 选项：小球从 D 点进入平行板间后做直线运动，对小球进行受力分析得小球共受到三个力作用： 恒定的重力 G、 恒定的电场力 F、 洛伦兹力 f， 这三个力都在竖直方向上，而小球在水平方向直线上运动，所以可以判断出

5、小球受到的合力一定是零，即小球一定是做匀速直线运动。洛伦兹力和电场力同向，都向上，带正电，故 A 错误；B 正确； C 和 D 选项：若小球从 C 点由静止滑下，根据机械能守恒定律可知，速度变小，所以洛伦兹力也变小，导致重力大于洛伦兹力与电场力之和，所以进入场区后将立即向下偏，故 C 错误；故 D 正确 解题要点： (1)在复合场中小球受力情况。 小球带电性质对受力情况 （电场力和洛伦兹力） 的影响。 (2)小球的运动性质。是匀速直线运动还是变速直线运动。 (3)速度对小球受力（主要是洛伦兹力）的影响。 例题 2. 如图，在 xoy 平面内，MN 和 x 轴之间有平行于 y 轴的匀强电场和垂直

6、于 xoy 平面的匀强磁场，y 轴上离坐标原点4 L 的 A 点处有一电子枪，可以沿+x 方向射出速度为 v0的电子（质量为 m，电量为 e） 。如果电场和磁场同时存在，电子将做匀速直线运动。如果撤去电场，只保留磁场，电子将从 x轴上距坐标原点 3L 的 C 点离开磁场。不计重力的影响，求： （1）磁感应强度 B 和电场强度 E 的大小和方向； （2）如果撤去磁场，只保留电场，电子将从 D 点（图中未标出）离开电场，求 D 点的坐标； （3）电子通过 D 点时的动能。 解： （1）由题意分析可知：磁场方向垂直于纸面向里，电场方向竖直向下；当只保留磁场时，电子只受洛伦兹力作用，在 xoy 平面内

7、做匀速圆周运动，设其半径为 R， 由作图分析可得： 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！ （2）当只保留电场时，电子只受电场力的作用，此时电子做类平抛运动，并最终从 MN边界射出场区。 要求 D 点坐标，也就是求电子在水平方向上的位移。 电子在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做匀加速直线运动。设电子水平方向位移为x,运动时间为 t,电子的加速度为 a，则： 例题 3. 在如图所示的坐标系中，x轴水平，y轴垂直，x轴上方空间只存在重力场，第象限存在沿y轴正方向的匀强电场和垂直xy平面向里的匀强磁场，在第象限有沿x轴负方向的匀强电场，

8、场强大小与第象限的电场的场强大小相等。一个质量为m，带电荷量大小为+q的质点a，从y轴上hy 处的1P点以一定的水平速度沿x轴负方向抛出，它经过hx2处的2P点进入第象限，恰好做匀速圆周运动，又经过y轴上hy2的3P点进入第象限，试求： (1)质点a到达2P点时速度的大小和方向； 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！ (2)第象限中匀强电场的电场强度和匀强磁场的磁感应强度的大小； (3)质点a进入第象限且速度减为零时的位置坐标。 解： (1)质点在第象限中做平抛运动，设初速度为0v， 由212hgt，02hv t解得平抛的初速度02

9、vgh 在2P点，速度v的竖直分量2yvgtgh 2vgh ，其方向与x轴负向夹角45 (2)带电粒子进入第象限做匀速圆周运动， 必有 mgqE 又恰能过y轴h2处， 故线段32PP为圆的直径， 所以质点做匀速圆周运动的半径hhR2222， 又由RvmqvB2 可解得mgEq，2mgBqh (3)质点以大小为v，方向与x轴正向夹45角的速度进入第象限，所受电场力与重力的合力为2mg，方向与过3P点的速度方向相反，故质点做匀减速直线运动，设其加速度大小为0a，则：gmmga220 ，hgghavssav22242202022 所以当质点速度减为 0 时的位置坐标是, hh （三）课堂总结 带电粒

10、子在复合场中的运动分析步骤 ： (1)弄清复合场的组成。 (2)正确分析研究对象的受力及运动情况。 (3)准确画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的求解方法。 当带电粒子做匀速直线运动时，根据受力平衡列方程求解。 当带电粒子做匀速圆周运动时，应用牛顿第二定律结合圆周运动规律求解。 当带电粒子做复杂曲线运动或者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。 （四）巩固拓展 例题 3 变形： 1. 求质点第 3 次通过 y 轴的位置坐标； 例题 4. 如图所示，带正电的小物块静止在粗糙绝缘的水平面上，小物块的比荷为 k，与水平面的动摩擦因数为 。在物块右侧距物块 L 处有一范围足够大的磁场

11、和电场叠加区，欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！ 场区内存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场， 已知匀强电场的方向竖直向上， 场强大小恰等于当地重力加速度的 1/k，匀强磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度为 B。现给物块一个水平向右的初速度， 使其沿水平面向右运动进入右侧场区。 当物块从场区飞出后恰好落到出发点。设运动过程中物块带电荷量保持不变，重力加速度为 g。求： (1)物块刚进入场区时的速度和刚离开场区时距水平面的高度 h； (2)物块开始运动时的速度。 五、板书设计 带电粒子在复合场中的运动 一、复合场 1.分类 2.三中场的特点（功与能方面） 二、分析带电粒子在复合场中运动的一般步骤： 1. 弄清复合场的组成。 2. 正确分析研究对象的受力及运动情况。 3. 准确画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的求解方法。 当带电粒子做匀速直线运动时，根据受力平衡列方程求解。 当带电粒子做匀速圆周运动时，应用牛顿运动定律结合圆周运动规律求解。 当带电粒子做复杂曲线运动或者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。