专题探究磁场部分专题探究示例.docx

高考探究 带点粒子在三类典型场中的运动
题型1：带电粒子在组合场中的运动问题
1.带电粒子在组合场中的运动规律
(1)带电粒子在匀强电场中，若初速度与电场线平行，做匀变速直线运动；若初速度与电场线垂直，做类平抛运动。
(2)带电粒子在匀强磁场中，若速度与磁感线平行，做匀速直线运动；若速度与磁感垂直，做匀速圆周运动
2.带电粒子在组合场中运动的处理方法
(1)分析带电粒子在各场中的受力情况和运动情况。
(2)画出粒子的运动轨迹图，并运用几何知识，寻找关系。
(3)选择合适的物理规律，列方程：对于类平抛运动，一般分解为沿初速度方向的匀速直线运动和垂直于初速度方向的匀加速直线运动；对粒子在磁场中做匀速圆周运动的情况，一般都是洛伦兹力提供向心力。
(4)分析并确定粒子在组合场交界位置处的速度大小与方向。该速度往往是联系两个运动过程的桥梁。
(2017·黑龙江大庆实验中学检测)如图所示，直角坐标系中的第Ⅰ象限中存在沿y轴负方向的匀强电场，在第Ⅱ象限中存在垂直纸面向外的匀强磁场。一电荷量为q、质量为m的带正电的粒子，在－x轴上的a点以速度v0与－x轴成60°角射入磁场，从y＝L处的b点垂直于y轴方向进入电场，并经过x轴上x＝2L处的c点。不计重力。求
(1)磁感应强度B的大小；
(2)电场强度E的大小；
(3)粒子在磁场和电场中的运动时间之比。

[例1]　(2017·大庆铁人中学模拟)如图所示，离子源A产生的初速度为零、带电量均为q，质量不同的正离子，被电压为U0的加速电场加速后匀速通过准直管，垂直射入平行板间的匀强偏转电场，偏转后通过极板HM上的小孔S离开电场，经过一段匀速直线运动，垂直于边界MN进入磁感应强度为B的匀强磁场，已知∠MNQ＝90°，HO＝d，HS＝2d。(忽略粒子所受重力)
(1)求偏转电场场强E0的大小以及HM与MN的夹角θ；
(2)求质量为m的正离子在磁场中做圆周运动的半径；
(3)若质量为9m的正离子恰好垂直打在NQ的中点S1处，试求能打在边界NQ上的正离子的质量范围。

题型2：带电粒子在叠加场中的运动问题
叠加场是指在同一空间区域中重力场、电场、磁场有两种场或三种场同时存在的情况。常见的叠加场有：电场与重力场的叠加，磁场与电场的叠加，磁场、电场、重力场的叠加等。
解决该类问题要把握以下几点：
1.受力分析
对带电粒子进行受力分析时必须注意以下几点。
(1)是否考虑重力
①对于微观粒子，如电子、质子、离子等，若无特殊说明，一般不考虑重力；对于宏观带电小物体，如带电小球、尘埃、油滴、液滴等，若无特殊说明，一般需要考虑重力。
②题目中明确说明需要考虑重力的。
③不能直接判断是否需要考虑重力的，在进行受力分析和运动分析时，由分析结果确定是否考虑重力。
（2）场力分析

力的特点
功和能的特点
重力场
大小：G＝mg
方向：竖直向下
重力做功与路径无关
W＝mgh
重力做功改变物体的重力势能
静电场
大小：F＝qE
方向：正电荷受力方向与场强方向相同；负电荷受力方向与场强方向相反
静电力做功与路径无关
W＝qU
静电力做功改变物体的电势能
磁场
大小：F＝qvB(v⊥B)
方向：利用左手定则判断，方向可能时刻都在变化
洛伦兹力永不做功，不改变带电粒子的动能

2.运动分析
(1)当带电粒子在复合场中所受的合外力为零时，粒子将保持静止或做匀速直线运动。
(2)当带电粒子所受的合外力与运动方向在同一条直线上时，粒子将做匀变速直线运动。
(3)当带电粒子所受的合外力充当向心力时，粒子将做匀速圆周运动。
3.做功与能量分析
(1)电荷在电场中运动时，电场力要对运动电荷做功(除在等势面上运动外)，
而电荷在磁场中运动时，磁场力一定不会对电荷做功。
(2)电荷在复合场中做较复杂的曲线运动时，一般用能量的观点分析，
包括动能定理和能量守恒定律等。
(4)当带电粒子所受合外力的大小、方向都不断变化时，粒子将做变速运动。

(2016·天津高考)如图所示，空间中存在着水平向右的匀强电场，电场强度大小E＝5 N/C，同时存在着水平方向的匀强磁场，其方向与电场方向垂直，磁感应强度大小B＝0.5 T。有一带正电的小球，质量m＝1×10－6 kg，电荷量q＝2×10－6 C，正以速度v在图示的竖直面内做匀速直线运动，当经过P点时撤掉磁场(不考虑磁场消失引起的电磁感应现象)，取g＝10 m/s2。求：
(1)小球做匀速直线运动的速度v的大小和方向；
(2)从撤掉磁场到小球再次穿过P点所在的这条电场线经历的时间t。

题型3：带电粒子在交变场中的运动问题
交变场是指电场、磁场在某一区域内随时间作周期性变化，带电粒子在交变场中的运动问题涉及的物理过程比较复杂，情景多元，深入考查综合分析能力，是高考的热点题型。
求解这类问题时首先要明确是电场做周期性变化还是磁场做周期性变化，亦或是电场、磁场都做周期性变化，一般按如下思路分析：
例3(2017·潍坊模拟)如图甲所示，在xOy平面内存在均匀、大小随时间周期性变化的磁场和电场，变化规律分别如图乙、丙所示(规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向、＋y轴方向为电场强度的正方向)。在t＝0时刻由原点O发射初速度大小为v0，方向沿＋y轴方向的带负电粒子(不计重力)。其中已知v0、t0、B0、E0，且E0＝，粒子的比荷＝，x轴上有一点A，坐标为。