高考物理复习课件：带电粒子在复合场中的运动

一 【 考情 报 告 】二 【 思 维诊 断 】四 【 小 题 慢 练 】五 【 典例剖析 】 典 1 变式 加固第 3讲 带电粒子在复合场中的运动三 【 知 识 梳理 】“电 偏 转 ”与 “磁偏 转 ”的比 较 ： 总结提升考点 1 带电 粒子在 组 合 场 中的运 动考点 2 带电 粒子在复合 场 中的运 动总结提升典 2一 【 考情 报 告 】考纲考情三年 17考 高考指数： 1.带电 粒子在复合 场 中的运 动2.质谱仪 和回旋加速器 二 【 思 维诊 断 】(1)带电 粒子在复合 场 中不可能 处 于静止状 态 。 ( )(2)带电 粒子在复合 场 中可能做匀速 圆 周运 动 。 ( )(3)带电 粒子在复合 场 中一定能做匀 变 速直 线 运 动 。( )(4)带电 粒子在复合 场 中运 动 一定要考 虑 重力。 ( )(5)电 荷在速度 选择 器中做匀速直 线 运 动 的速度与 电荷的 电 性有关。 ( ) 知 识 点 1 带电 粒子在复合 场 、 组 合 场 中的运 动1.复合 场 与 组 合 场 ：(1)复合 场 ： 电场 、 _、重力 场 共存 ,或其中某两 场 共存。(2)组 合 场 ： 电场 与磁 场 各位于一定的区域内 ,并不重叠 ,或在同一区域 ,电场 、磁 场 分 时间 段或分区域交替出 现 。磁 场三 【 知 识 梳理 】2.带电粒子在复合场中运动情况分类：(1)静止或匀速直线运动：当带电粒子在复合场中所受合外力为零时 ,将处于 _状态或 _状态。(2)匀速圆周运动：当带电粒子所受的重力与电场力大小 _,方向 _时 ,带电粒子在洛伦兹力的作用下 ,在垂直于匀强磁场的平面内做 _运动。静止 匀速直线运动相等相反匀速圆周(3)较复杂的曲线运动：当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化 ,且与初速度方向不在 _上时 ,粒子做非匀变速曲线运动 ,这时粒子的运动轨迹既不是圆弧 ,也不是抛物线。(4)分阶段运动：带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域 ,其运动情况随区域发生变化 ,其运动过程由几种不同的运动阶段组成。一条直线知 识 点 2 带电 粒子在复合 场 中运 动 的 应 用 实 例装置 原理 图 规 律质谱仪粒子由静止被加速 电场 加速qU=_,在磁 场 中做匀速 圆 周运动 qvB=_,则 比荷质谱仪 回旋加速器 速度 选择 器装置 原理 图 规 律回旋加速器交流 电 的周期和粒子做 圆 周运 动的周期 _,粒子在 圆 周运 动过程中每次 经过 D形盒 缝 隙都会被加速。由 qvB=得 Ekm= 相等装置 原理 图 规 律速度选择 器若 qv0B=Eq,即 v0= ,粒子做_运 动 匀速直 线1.如 图 所示 ,在两个水平放置的平行金属板之 间 ,电场 和磁 场 的方向相互垂直。一束 带电 粒子 (不 计 重力 )沿直 线 穿 过 两板 间 的空 间 而不 发 生偏 转 。 则这 些粒子一定具有相同的 ( )A.质 量 m B.电 荷量 qC.运 动 速度 v D.比荷四 【 小 题 慢 练 】2.如 图 所示 ,一个静止的 质 量 为 m、 电 荷量 为 q的粒子 (重力忽略不 计 ),经 加速 电压 U加速后 ,垂直 进 入磁感 应 强 度 为 B的匀 强 磁场 中 ,粒子打到 P点 ,OP=s,能正确反映 s与 U之 间 关系的是 ( )A.s与 U成正比B.s与 U成反比C.s与 成正比D.s与 成反比四 【 小 题 慢 练 】3.回旋加速器是加速带电粒子的装置 ,其主体部分是两个 D形金属盒。两金属盒处在垂直于盒底的匀强磁场中 ,a、 b分别与高频交流电源两极相连接 ,下列说法正确的是 ( )A.带电粒子从磁场中获得能量B.带电粒子的运动周期是变化的C.带电粒子由加速器的中心附近进入加速器D.增大金属盒的半径 ,粒子射出时的动能不变4.地球大气 层 外部有一 层 复 杂 的 电 离 层 ,既分布有地磁 场 ,也分布有 电场 。假设 某 时 刻在 该 空 间 中有一小区域存在如 图 所示的 电场 和磁 场 ;电场 的方向在 纸 面内斜向左下方 ,磁 场 的方向垂直 纸 面向里。此 时 一 带电 宇宙粒子恰以速度 v垂直于 电场 和磁 场 射入 该 区域 ,不 计 重力作用 ,则 在 该 区域中 ,有关 该带电 粒子的运 动 情况不可能的是 ( )A.仍做直 线 运 动 B.立即向左下方偏 转C.立即向右上方偏 转 D.可能做匀速 圆 周运 动带电 粒子在 组 合 场 中的运 动“电 偏 转 ”与 “磁偏 转 ”的比 较 ：垂直 电场线进 入匀强 电场 (不 计 重力 )垂直磁感 线进 入匀 强磁 场 (不 计 重力 )受力情况电场 力 FE=qE,其大小、方向不 变 ,与速度 v无关 ,FE是恒力洛 伦兹 力 FB=qvB,其大小不 变 ,方向随 v而改 变 ,FB是 变 力轨 迹 抛物 线 圆 或 圆 的一部分垂直 电场线进 入匀强 电场 (不 计 重力 )垂直磁感 线进 入匀 强磁 场 (不 计 重力 )运 动轨 迹垂直 电场线进 入匀强 电场 (不 计 重力 )垂直磁感 线进 入匀 强 磁 场(不 计 重力 )求解方法利用类似平抛运动的规律求解：vx=v0， x=v0tvy= t，y=偏转角 ：半径： r=周期： T=偏移距离 y和偏转角 要结合圆的几何关系利用圆周运动规律讨论求解垂直 电场线进 入匀强 电场 (不 计 重力 )垂直磁感 线进 入匀 强 磁场 (不 计 重力 )运 动时间动 能 变 化 不 变【 典例 1】 (2014海南高考 )如 图 ,在 x轴 上方存在匀 强 磁 场 ,磁感应 强 度大小 为 B,方向垂直于 纸 面向外 ;在 x轴 下方存在匀 强 电场 ,电场 方向与 xOy平面平行 ,且与 x轴 成 45夹 角。一 质 量 为 m、 电荷量 为 q(q0)的粒子以初速度 v0从 y轴 上的 P点沿 y轴 正方向射出 ,一段 时间 后 进 入 电场 ,进 入 电场时 的速度方向与 电场 方向相反 ;又 经过 一段 时间 T0,磁 场 的方向 变为 垂直于 纸 面向里 ,大小不 变。不 计 重力。(1)求粒子从 P点出发至第一次到达 x轴时所需时间。(2)若要使粒子能够回到 P点 ,求电场强度的最大值。【 解 题 探究 】(1)带电 粒子的运 动过 程分两个： _运 动 和 _运 动 。(2)如何求解 带电 粒子在磁 场 中的匀速 圆 周运 动 ?提示： 画轨迹 ,定圆心 ,求圆心角 ,然后根据运动周期求时间。匀速 圆 周匀 变 速直 线【 变 式 训练 】 如 图 所示 ,坐 标 平面第 象限内存在大小为 E=4105N/C、方向水平向左的匀 强 电场 ,在第 象限内存在方向垂直 纸 面向里的匀 强 磁 场 。 质 量与 电 荷量之比 为 =410-10kg/C的 带 正 电 粒子从 x轴 上的 A点以初速 v0=2107m/s垂直 x轴 射入 电场 ,OA=0.2m,不 计 重力。求：(1)粒子经过 y轴时的位置到原点O的距离。(2)若要求粒子不能进入第 象限 ,求磁感应强度 B的取值范围。(不考虑粒子第二次进入电场后的运动情况 )【 加固 训练 】 如 图 所示 ,在空 间 中存在垂直纸 面向里的匀 强 磁 场 ,其 竖 直 边 界 AB、 CD的宽 度 为 d,在 边 界 AB左 侧 是 竖 直向下、 场 强 为E的匀 强 电场 ,现 有 质 量 为 m、 带电 量 为 +q的粒子 (不 计 重力 )从 P点以大小 为 v0的水平初速度射入 电场 ,随后与边 界 AB成 45射入磁 场 。若粒子能垂直 CD边 界 飞 出磁 场 ,穿 过 小孔 进 入如 图 所示两 竖 直平行金属板 间 的匀 强 电场 中减速至零且碰不到正极板。(1)请 画出粒子上述 过 程中的运 动轨迹 ,并求出粒子 进 入磁 场时 的速度大小 v。(2)求匀 强 磁 场 的磁感 应 强 度 B的大小。(3)求金属板 间 的 电压 U的最小 值 。【 总结 提升 】 解决 带电 粒子在 组 合 场 中运 动问题 的思路方法 考点 2 带电 粒子在复合 场 中的运 动带电 粒子在复合 场 中运 动 的解 题 思路：(1)弄清复合 场 的 组 成 ,一般有磁 场 、 电场 的复合 ,电场 、重力 场的复合 ,磁 场 、重力 场 的复合 ,磁 场 、 电场 、重力 场 三者的复合。(2)正确受力分析 ,除重力、 弹 力、摩擦力外要特 别 注意 电场 力和磁 场 力的分析。(3)确定带电粒子的运动状态 ,注意运动情况和受力情况的分析。(4)对于粒子连续通过几个不同情况场的问题 ,要分阶段进行处理。转折点的速度往往成为解题的突破。(5)画出粒子运动轨迹 ,灵活选择不同的运动规律。当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时 ,根据受力平衡列方程求解。当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时 ,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时 ,一般用动能定理或能量守恒定律求解。对于临界问题 ,注意挖掘隐含条件。【 典例 2】 (2014四川高考 )在如 图 所示的 竖 直平面内 ,水平 轨 道CD和 倾 斜 轨 道 GH与半径 r= m的光滑 圆 弧 轨 道分 别 相切于 D点和 G点 ,GH与水平面的 夹 角 =37。 过 G点、垂直于 纸 面的 竖 直平面左 侧 有匀 强 磁 场 ,磁 场 方向垂直于 纸 面向里 ,磁感 应 强 度B=1.25T;过 D点、垂直于 纸 面的 竖 直平面右 侧 有匀 强 电场 ,电场方向水平向右 ,电场 强 度 E=1104N/C。小物体 P1质 量 m=210-3kg、 电 荷量 q=+810-6C,受到水平向右的推力 F=9.9810-3N的作用 ,沿CD向右做匀速直 线 运 动 ,到达 D点后撤去推力。当 P1到达 倾 斜 轨道底端 G点 时 ,不 带电 的小物体 P2在 GH顶 端静止 释 放 ,经过时间t=0.1s与 P1相遇。 P1和 P2与 轨 道 CD、 GH间 的 动 摩擦因数均 为=0.5,取 g=10m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8,物体 电 荷量保持不 变 ,不计 空气阻力。求：(1)小物体 P1在水平 轨 道 CD上运 动 速度 v的大小。(2)倾 斜 轨 道 GH的 长 度 s。【 破 题 关 键 】关 键 信息 思考方向电场 方向水平向右 电场 力方向水平向右沿 CD向右做匀速直 线 运动利用平衡条件求解洛 伦兹 力大小 ,进 一步求解速度大小【 总结 提升 】 带电 体在复合 场 中运 动 的 归类 分析(1)磁 场 力、重力并存。若重力和洛 伦兹 力平衡 ,则带电 体做匀速直 线 运