高考物理二轮复习 专题六 磁场、带电粒子在磁场及复合场中的运动课件

专题六 磁场、带电粒子在磁场及 复合场中的运动 考情分析 201520162017 磁场、带电粒 子在磁场及复 合场中的运动 T4：安培力 T15：带电粒子 在电磁场中的运 动(质谱议) T15：回旋加速 器 T15：带电离子 在电磁场中的 运动(质谱议) 命题题解读读 本专题共6个考点，其中带电粒子在匀强磁场中运动为高频考 点。从近三年命题情况看，命题特点为： (1)基础性。以选择题考查学生对安培力、洛伦兹力提供向心 力的理解能力。 (2)综合性。以组合场、现代科技等问题考查学生分析综合能 力。 整体难难度偏难难，命题题指数，复习习目标标是达B冲A 。 1.(2017江苏苏清江中学冲刺模拟拟)在高能粒子研究中，往往要把 一束含有大量质子和粒子的混合粒子分离开，如图1所示， 初速度可忽略的质子和粒子，经电压为U的电场加速后，进 入分离区，如果在分离区使用匀强电场或匀强磁场把粒子进行 分离，所加磁场方向垂直纸面向里，所加电场方向竖直向下， 则下列可行的方法是( ) 图图1 A.电场和磁场都不可以B.电场和磁场都可以 C.只能用电场 D.只能用 磁场 答案 D 2.(多选选)(2017江苏扬苏扬 州市高三期末检测检测 )回旋加速器工作原 理示意图如图2所示，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直 ，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时间可忽略，它们接在电 压为U、频率为f的交流电源上，若A处粒子源产生的质子在 加速器中被加速，下列说法正确的是( ) 图图2 A.若只增大交流电压U，则质子获得的最大动能增大 B.若只增大交流电压U，则质子在回旋加速器中运行时间会变短 C.若磁感应强度B增大，交流电频率f必须适当增大才能正常工作 D.不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器也能用于加 速粒子 答案 BC 3. (多选选)(2017盐盐城三模)如图3所示，圆形区域内有垂直于纸 面方向的匀强磁场，A、B、C、D是均匀分布在圆上的四个点。 带正电的粒子从A点以一定的速度对准圆心O进入磁场，从D点 离开磁场，不计粒子的重力。下列说法中正确的是( ) 图图3 A.只改变粒子的带电性质，粒子在磁场中运动时间不变 B.只改变粒子进入磁场时速度的方向，粒子仍从D点射出磁场 C.只改变粒子进入磁场时速度的方向，粒子出磁场时速度方向不 变 D.只增大粒子进入磁场时速度的大小，粒子在磁场中运动时间变 长 答案 AC 图图4 答案 BC 1.常见见三种临临界模型草图图 带电带电 粒子在有界匀强磁场场中的运 动动 2.分析临临界问题时应问题时应 注意 从关键词、语句找突破口，审题时一定要抓住题干中“恰好 ”“最大”“至少”“不脱离”等词语，挖掘其隐藏的规律。 如： (1)刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹 与边界相切； (2)当速率v一定时，弧长(或弦长)越长，圆心角越大，则带电 粒子在有界磁场中运动的时间越长； (3)当速率v变化时，圆心角大的，运动时间长； (4)直径是圆的最大弦。 【例1】 (2017海门门中学)如图5所示为一环形磁约束装置的原理 图，圆心为原点O、半径为R0的圆形区域内有方向垂直xOy平 面向里的匀强磁场。一束质量为m、电荷量为q、动能为E0的带 正电粒子从坐标为(0、R0)的A点沿y负方向射入磁场区域，粒 子全部经过x轴上的P点，方向沿x轴正方向。当在环形区域 加上方向垂直于xOy平面的匀强磁场时，上述粒子仍从A点沿y 轴负方向射入区域，粒子经过区域后从Q点第2次射入区域 ，已知OQ与x轴正方向成60。不计重力和粒子间的相互作 用。求： 图图5 (1)区域中磁感应强度B1的大小； (2)若要使所有的粒子均约束在区域内，则环形区域中B2的大小 、方向及环形半径R至少为多大； (3)粒子从A点沿y轴负方向射入后至再次以相同的速度经过A点的 运动周期。 【变变式1】 (2017江苏苏南京市、盐盐城市高三一模)如图6所示，在 以O为圆心的圆形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感 应强度为B0.2 T。AO、CO为圆的两条半径，夹角为120。 一个质量为m3.21026 kg、电荷量q1.61019 C的粒 子经电场加速后，从图中A点沿AO进入磁场，最后以v 1.0105 m/s的速度从C点离开磁场。不计粒子的重力。求： 图图6 (1)加速电场的电压； (2)粒子在磁场中运动的时间； (3)圆形有界磁场区域的半径。 答案 (1)1 000 V (2)1.0106s (3)0.058 m 1.解决带电带电 粒子在组组合场场中运动问题动问题 的思路方法是 带电带电 粒子在组组合场场中的运动动 2.带电带电 粒子在组组合场场中运动动的处处理方法 图图7 (1)第三象限的电场强度大小及方向； (2)沿水平方向抛出的初速度v0； (3)为了使所有的小球都能打到y轴的负半轴，所加磁场区域的最 小面积。 答案 (1)0.1 N/C 方向竖直向上 (2)10 m/s (3)0.5 m2 【变变式2】 (2017常州模拟拟)如图8所示，两竖直金属板间电压为 U1，两水平金属板的间距为d。竖直金属板a上有一质量为m、电 荷量为q的微粒(重力不计)从静止经电场加速后，从另一竖直 金属板上的小孔水平进入两水平金属板间并继续沿直线运动。 水平金属板内的匀强磁场及其右侧宽度一定、高度足够高的匀 强磁场方向都垂直纸面向里，磁感应强度大小均为B，求： 图图8 (1)微粒刚进入水平金属板间时的速度大小v0； (2)两水平金属板间的电压； (3)为使微粒不从磁场右边界射出，右侧磁场的最小宽度D。 带电带电 粒子在复合场场中的运动动的处处理方法 带电带电 粒子在复合场场中的运动动 【例3】 (2017江苏苏常州市高三期末考试试)如图9所示，在xOy平 面坐标系中，x轴上方存在电场强度E1000 V/m、方向沿y轴 负方向的匀强电场；在x轴及与x轴平行的虚线PQ之间存在着磁 感应强度为B2 T、方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁场宽度 为d。一个质量m2108 kg、带电量q1.0105 C的粒 子从y轴上(0，0.04)的位置以某一初速度v0沿x轴正方向射入匀 强电场，不计粒子的重力。 图图9 (1)若v0200 m/s，求粒子第一次进入磁场时速度v的大小和方 向； (2)要使以大小不同初速度射入电场的粒子都能经磁场返回，求 磁场的最小宽度d; (3)要使粒子能够经过x轴上100 m处，求粒子入射的初速度v0。 【变变式3】 如图10所示，空间某区域存在匀强电场和匀强磁场， 电场方向竖直向上(与纸面平行)，磁场方向垂直于纸面向里， 三个带正电的微粒a、b、c电荷量相等，质量分别为ma、mb、mc ，已知在该区域内，a在纸面内做匀速圆周运动，b在纸面内向 右做匀速直线运动，c在纸面内向左做匀速直线运动。下列选 项正确的是( ) 图图10 A.mambmcB.mbmamc C.mcmambD.mcmbma 解析 由题意知，三个带电微粒受力情况：magqE，mbgqE Bqv，mcgBqvqE，所以mbmamc，故B正确，A、C、D错误。 答案 B 中学阶段常见的带电粒子在正交的匀强电场和匀强磁场中运动的 几种模型有速度选择器、回旋加速器、质谱仪、磁流体 发电机、霍尔元件、电磁流量计等。、和的共同 特征是粒子在其中只受电场力和洛伦兹力作用，并且最终电场力 和洛伦兹力平衡。 带电带电 粒子在电电磁场场中运动动与 现现代科技的综综合应应用 解决这类问题思路主要有：(1)力和运动的关系。根据带电体所 受的力，运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解。(2)功能关 系。根据场力以及其他外力对带电粒子做功引起的能量变化或全 过程中的功能关系解决问题。这条线索不但适用于均匀场，也适 用于非均匀场。 图图11 (1)当加速电压U200 V、励磁线圈电流强度I1 A(方向如图) 时，求带电粒子在磁场中运动的轨道半径r； (2)若仍保持励磁线圈中电流强度I1 A(方向如图)，为了防止 粒子打到玻璃泡上，加速电压U应该满足什么条件； (3)调节加速电压U，保持励磁线圈中电流强度I1 A，方向与图 中电流方向相反。忽略粒子束宽度，粒子恰好垂直打到玻璃泡的 边缘上，并以原速率反弹(碰撞时间不计)，且刚好回到发射点， 则当高度h为多大时，粒子回到发射点的时间间隔最短，并求出 这个最短时间。 答案 (1)0.2 m (2)U162 V (3)0.146 m 104 s 图图12 (1)出射粒子的动能Em； (2)粒子从飘入狭