2014届高考物理二轮复习课件第7讲 带电粒子在复合场中的运动

第7讲 带电粒子在复合场中的运 动 1两种模型 (1)组合场模型：电场、磁场、重力场( 或其中两种场)并存，但各位于一定区域， 并且互不重叠的情况 (2)复合场模型：电场、磁场、重力场( 或其中两种场)并存于同一区域的情况 思考研讨 2三种场的比较 力的特点功和能的特点 重 力 场 大小：Gmg 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：FqE 方向：正电荷受 力方向与电场 强度方向相同； 负电 荷受力方 向与电场 强度 方向相反 电场 力做功与路径无 关 WqU 电场 力做功改变电 荷 的电势 能 磁 场 洛伦兹 力F qvB 方向符合左手 定则 洛伦兹 力不做功，不改变 带电 粒子的动能 3.电偏转与磁偏转 偏转 类型 比较内容 电偏转 带电 粒子 磁偏转 带电 粒子 偏转条件垂直进入匀强 电场 垂直进入匀强 磁场 受力情况 及特点 恒力FqE 做正功 FqvB大小不 变、方向改 变，永不做 功 1(2013浙江卷，20)(多选)在半导体 离子注入工艺中，初速度可忽略的 离子P和P3，经电压为 U的电场 加速后，垂直进入磁感应强度大小 为B、方向垂直纸面向里、有一定 宽度的匀强磁场区域，如图371 图371 所示已知离子P在磁场中转过 30后从磁场右边界射出在电场 和磁场中 运动时 ，离子P和P3( ) 真题体验 2(2013重庆卷，5)(单选) 如图372所示，一段 长方体形导电 材料，左 右两端面的边长 都为a和b， 内有带电 量为q的某种自 由运动电 荷导电 材料 图372 置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁 场中，内部磁感应强度大小为B.当通以从 左到右的稳恒电流I时，测得导电 材料上、 下表面之间的电压为 U，且上表面的电势 比下表面的低，由此可得该导电 材料单位 体积内自由运动电 荷数及自由运动电 荷的 正负分别为 ( ) 命题角度 视角一 带电粒子在组合复合场中的运动 角度1 组合场的知识考查三种常见的运动规 律，即匀变速直线运动、平抛运动及 圆周运动一般出现在试卷的压轴题 中(2012课标卷，25；2012江苏卷 ，12；2012山东卷，23；2013山 东卷，23；2013广东卷，18； 2013浙江卷，20；2013天津卷， 11；2013安徽卷，23) 角度2 以电磁技术的应用为背景材料，联系 实际考查学以致用的能力(2012天津 理综，12；2013重庆卷，5；2013 北京卷，22) 【典例1】 (2013山东卷，23) 如图373所示，在坐标系xOy的第 一、第三象限内存在相同的匀强磁场，磁 场方向垂直于xOy平面向里；第四象限内有 沿y轴正方向的匀强电场 ，电场 强度大小为 E.一带电 量为q、质量为m的粒子，自y 轴上的P点沿x轴正方向射入第四象限，经x 轴上的Q点进入第一象限，随即撤去电场 ，以后仅保留磁场已知OPd，OQ 2d.不计粒子重力 图图373 (1)求粒子过Q点时速度的大小和方向 (2)若磁感应强度的大小为一确定值B0，粒 子将以垂直y轴的方向进入第二象限，求B0. (3)若磁感应强度的大小为另一确定值，经 过一段时间 后粒子将再次经过 Q点，且速 度与第一次过Q点时相同，求该粒子相邻 两次经过 Q点所用的时间 应考策略 画好情境示意图，抓住物理过程的“三性” 1画好情境示意图 画好分析草图，是审题的重要步骤它 有助于建立清晰有序的物理过程和确立物理 量间的关系，可以把问题具体化、形象化 2抓住物理过程的“三性” (1)阶段性将题目涉及的整个过程合理 划分为若干个阶段在审题过程中，该分则 分，宜合则合，并将物理过程的分析与研究 对象及规律的选用加以统筹考虑，以求最佳 的解题思路 (2)联系性找出各个阶段之间是由什么 物理量联系起来的，各量之间的关系如何， 在临界点或极值点处有何特殊性质 (3)规律性明确每个阶段遵循什么规律 ，可利用哪些物理公式进行求解 应考组训 1 (2013安徽卷，23)如图374所示的平 面直角坐标系xOy，在第象限内有平行于 y轴的匀强电场 ，方向沿y轴正方向；在第 象限的正三角形abc区域内有匀强磁场， 方向垂直于xOy平面向里，正三角形边长为 L，且ab边与y轴平行一质量为m、电荷 量为q的粒子，从y轴上的P(0，h)点，以大 小为v0的速度沿x轴正方向射入电场 ，通过 电场 后从x轴上的a(2h,0)点进入第象限， 又经过 磁场从y轴上的某点进入第象限， 且速率与y轴负 方向成45 角，不计粒子所 受的重力求： 图图374 2如图375所示，在竖直平面直角坐 标系xOy内有半径为R、圆心在O点、与 xOy平面垂直的圆形匀强磁场，右侧水平放 置的两块带电 金属板MN、PQ平行正对， 极板长度为l，板间距离为d，板间存在着 方向竖直的匀强电场 一质量为m且电荷 量为q的粒子(不计重力及空气阻力)以速度 v0从A处沿y轴正向进入圆形匀强磁场，并 沿x轴正向离开圆形匀强磁场，然后从两极 板的左端沿中轴线 CD射入匀强电场 ，恰好 打在上板边缘 N端求： 图375 命题角度 视角二 带电粒子在叠加复合场中的运动 角度1 以电磁技术的应用为背景材料，联系 实际考查学以致用的能力，一般为压 轴题(2012浙江卷，24；2012重庆 卷，24) 角度2 经常结合受力分析、物体的平衡、类 平抛运动、圆周运动及功能关系进行 综合考查应用数学知识处理物理问题 的能力，一般作为压轴题出现 (2012重庆卷，24；2013四川卷， 11；2013福建卷，22) 特别提醒：新课标全国卷中近几年没有出 现过叠加复合场这类试题，但自主命题的省 份试卷中已多次出现，因此请关注此类问题 【典例2】 (2013福建卷，22)如图376 甲，空间存在一范围足够大的垂直于xOy平 面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B. 让质 量为m、电量为q(q0)的粒子从坐标 原点O沿xOy平面以不同的初速度大小和方 向入射到该磁场中不计重力和粒子间的 影响 图376 (1)若粒子以初速度v1沿y轴正向入射，恰好 能经过 x轴上的A(a,0)点，求v1的大小； (2)已知一粒子的初速度大小为v(vv1)，为 使该粒子能经过 A(a,0)点，其入射角(粒子 初速度与x轴正向的夹角)有几个？并求出 对应 的sin 值； (3)如图乙，若在此空间再加入沿y轴正向 、大小为E的匀强电场 ，一粒子从O点以初 速度v0沿y轴正向入射研究表明：粒子在 xOy平面内做周期性运动，且在任一时刻， 粒子速度的x分量vx与其所在位置的y坐标成 正比，比例系数与场强大小E无关求该粒 子运动过 程中的最大速度值vm. 应考策略 带电粒子在复合场中运动的处理方法 (1)弄清复合场的组成特点 (2)正确分析带电粒子的受力及运动特点 (3)画出粒子的运动轨迹，灵活选择不同 的运动规律 若只有两个场且正交例如，电场与 磁场中满足qEqvB或重力场与磁场中满足 mgqvB或重力场与电场中满足mgqE， 都表现为匀速直线运动或静止，根据受力平 衡列方程求解 377 微粒与M点内壁碰后的瞬间速度不变、电 荷量不变，圆管内径的大小可忽略，电场 和磁场不受影响地穿透圆管)，并沿管内壁 下滑至N点设m、q、v、d、r已知， 37，sin 370.6，cos 370.8，求： 图378 失分点搜索 失分点1：忽略带电体的重力导致错误 带电体的重力是否忽略，关键看重力与 其他力大小的关系比较，一般一些微观粒 子如电子、质子、粒子等的重力忽略不计 ，而一些宏观带电 体，如带电 小球、带电 液滴等重力一般不能忽略 失分点2：不能抓住关键点而出错失分 (1)带电粒子通过不同场区的交界处时 速度的大小和方向关系 (2)当带电 粒子在复合场中所受合外力 为零时，做匀速直线运动(如速度选择 器) 失分点3：不能挖掘出隐含