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带电物体在叠加场中的运动舟山中学教育集团舟山二中余杰带电粒子在叠加场（重力场、电场、磁场并存）中的运动问题集中融合力学、电磁学等知识，其特点构思新颖、综合性强、物理情景比较复杂，突出考查考生对物理过程和运动规律的综合分析能力、运用数学知识解决物理问题的能力及空间想象能力,是每年高考命题的热点。带电粒子在叠加场中的运动问题的分析方法和力学问题的分析方法基本相同，不同之处是多了电场力和洛仑兹力。因此这部分内容从本质上讲是一个力学问题，应根据力学问题的研究思路和运用力学的基本规律求解。本部分常见的失分点有：1.不能对粒子在复合场中的受力正确分析易漏力.2.不能清楚地认识洛伦兹力随速度变化.3.空间想象能力欠缺，不能对粒子在复合场中的运动进行分析，导致不能正确选择规律求解.4.用功能关系分析运动过程时，忽视洛伦兹力不做功的特点.教学内容：一、复合场分类1.组合场2.叠加场3.有轨道叠加场（本堂课重点分析后两种情形，且涉及的均为匀强电场和磁场）二、受力分析重力、电场力洛伦兹力可能还受弹力和摩擦力大小方向做功特点重力G=mg竖直向下W=mgh电场力F=Eq带正电粒子受力与电场方向相同，负电相反W=qU洛伦兹力F=qvB左手定则始终不做功三、运动形式基本的有匀速直线运动——F合=0匀变速直线运动——F合恒定且与速度在一条直线上类平抛运动——F合恒定且与初速度垂直匀速圆周运动——F合大小恒定方向始终与速度垂直较特殊的有变加速直线运动——F合大小变化且与速度在一条直线上一般曲线运动——F合大小方向均可能变化（由学生分组设计带电粒子做各类运动形式的复合场分布情形，教师评价和补充，默认粒子都带正电）1.匀速直线运动方案一方案二方案三方案四方案五思考：方案一中的速度方向是否唯一？方案二中呢？2.匀变速直线运动方案一方案二思考：能不能再加一个磁场，而不改变其运动性质？怎么加？3．类平抛运动方案一方案二思考：能不能再加一个磁场，而不改变其运动性质？4.匀速圆周运动方案一方案二方案三v0v0fFGGGGfv0v0v0fFFfFFBEEBBEEEFGGFv0Gv0EEFFGv0思考一：物体做圆周运动的轨迹平面的位置如何确定？思考二：如果电场力和重力不平衡，还能不能做匀速圆周运动？思考三：如果用一个光滑圆环穿过带电物体，又将做什么运动？5.小结：四、例题分析例如图1所示，一对竖直放置的平行金属板长为L，板间距离为d，接在电压为U的电源上，板间有一与电场方向垂直的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁感强度为B，有一质量为m，带电量为+q的物块，从离平行板上端h高处由静止开始自由下落，由两板正中央P点处进入电场和磁场空间，油滴在P点所受电场力和磁场力恰好平衡.问题一：从P点开始，物体将做什么运动？轨迹是圆弧还是抛物线？问题二：若物块最后从一块极板的边缘D处离开电场和磁场空间.求此时的速度大小。问题三：若P点右侧竖直方向设置一块绝缘光滑挡板（如图2），请问物块将做什么运动？问题四：若挡板粗糙，物块又将做什么运动（设绝缘挡板的引入均不影响电场的分布，且足够长）问题五：若旋转两金属板至水平，电磁场方向如图3所示，使此物块由光滑绝缘轨道滑下水平进入两极板间，试问此物块可能做什么运动？问题六：若物块进入场区时重力和电场力平衡，而磁场随时间作如叠加情形典型运动模型磁场、电场匀速直线运动磁场、重力场匀速直线运动电场、重力场匀速直线运动、匀变速直线运动、类平抛运动电场、磁场、重力场匀速直线运动、匀速圆周运动LhdD+qPLhdD+qP图2图1图4变化，（磁场向里为正，物块刚进入时为0时刻，场区足够大）请画出物块的运动轨迹。问题七：若两极板内的电场场强E=6N/C，磁场磁感应强度大小为B=4T，方向如图5所示。物块的质量m=4×10-3kg，带电量q=+5×10-3C，现从左极板的上边缘A处以一定的速度射入，恰能在竖直平面内做直线运动。求物块进入A点时的速度的大小和方向？取g＝10m／s2问题八：若物块以上问中的速度刚进入A点时，就撤去磁场，经一段时间后，恰好能从左极板下边缘B点射出，求极板的长度.你能用哪些方法求出物体射出场区的速度大小？五、课堂小结正确的受力分析，结合初速度判断出运动模型，选择合适的方法和规律进行求解。受力情况运动模型解题方法重力电场力洛伦兹力匀速直线运动匀变速直线运动变加速直线运动类平抛运动匀速圆周运动一般曲线运动力学观点：能量观点：牛顿第二定律、运动的合成与分解、圆周运动公式、匀变速直线运动规律等。动能定理、能的转化与守恒等+qBA+qBt0mqB04mqB03mqB06mqB0B002B图4图3图5