高中物理第三章磁场第三讲带电粒子在复合场中的运动破题致胜复习检测新人教版.docx

第三讲 带电粒子在复合场中的运动自主复习知识点复习：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2. 三种场的比较 项目 名称 力的特点功和能的特点重力场大小：G_方向：_重力做功与_无关重力做功改变物体的_静电场大小：F_方向：a.正电荷受力方向与场强方向_b负电荷受力方向与场强方向_电场力做功与_无关W_电场力做功改变_磁场洛伦兹力F_方向符合_定则洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的_3. 复合场中粒子重力是否考虑的三种情况(1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、金属块等一般应当考虑其重力(2)在题目中有明确说明是否要考虑重力的，这种情况按题目要求处理比较正规，也比较简单(3)不能直接判断是否要考虑重力的，在进行受力分析与运动分析时，要结合运动状态确定是否要考虑重力4. 带电粒子在复合场中的运动分类(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，将处于静止状态或做_.(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(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同一条直线上，粒子做_变速曲线运动，这时粒子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5.带电粒子在复合场中运动的应用实例 装置原理图规律速度选择器若_，即_，粒子做匀速直线运动磁流体发电机等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板带正、负电荷，两极电压为U时稳定，_，U_霍尔效应电流方向与匀强磁场方向垂直的载流导体，在与电流、磁场方向均垂直的表面上出现电势差霍尔电势差，其值U_ (k为霍尔系数)电磁流量计qqvB，所以v，所以QvS_质谱仪带电粒子经U加速，从A孔入射经偏转打到P点，qUmv，得v0.APd2r_比荷_回旋加速器D形盒分别接频率为f的高频交流电源两极，带电粒子被窄缝间电场加速，在D形盒内偏转 考点1 带电粒子在复合场中的运动“电偏转”和“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FEqE，其大小、方向不变，与速度v无关，FE是恒力洛伦兹力FBqvB，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运动轨迹求解方法利用类似平抛运动的规律求解：vxv0，xv0tvyt，yt2偏转角：tan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运动时间t，具有等时性tT动能变化不变例题：如图甲所示为电视机中的显像管的原理示意图,电子枪中的灯丝加热阴极而逸出电子,这些电子再经加速电场加速后,从O点进入由磁偏转线圈产生的偏转磁场中,经过偏转磁场后打到荧光屏MN上,使荧光屏发出荧光形成图像,不计逸出的电子的初速度和重力.已知电子的质量为m、电荷量为e,加速电场的电压为U,偏转线圈产生的磁场分布在边长为l的正方形abcd区域内,磁场方向垂直纸面,且磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示.在每个周期内磁感应强度都是从B0均匀变化到B0.磁场区域的左边界的中点与O点重合,ab边与OO平行,右边界bc与荧光屏之间的距离为s.由于磁场区域较小,且电子运动的速度很大,所以在每个电子通过磁场区域的过程中,可认为磁感应强度不变,即为匀强磁场,不计电子之间的相互作用.求:(1)为使所有的电子都能从磁场的bc边射出,求偏转线圈产生磁场的磁感应强度的最大值.(2)若所有的电子都能从磁场的bc边射出时,荧光屏上亮线的最大长度是多少? 考点2 带电粒子在分离复合场中的运动带电粒子在分离复合场中的运动要分段处理，对匀强电场中的匀变速直线运动或类平抛运动，可由牛顿定律及运动学公式求解；对匀强磁场中的匀速圆周运动，要结合几何知识确定圆心及半径，从而确定磁感应强度和圆心角(或时间)；确定从电场进入磁场或从磁场进入电场的速度的大小和方向及两场交界处轨迹几何关系，是解决问题的关键例题：在平面直角坐标系xOy中,第象限存在沿y轴负方向的匀强电场,第象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m,电荷量为q的带正电的粒子从y轴正半轴上的M点以速度v0垂直于y轴射入电场,经x轴上的N点与x轴正方向成60角射入磁场,最后从y轴负半轴上的P点垂直于y轴射出磁场,如图所示.不计粒子重力,求:(1)M、N两点间的电势差UMN;(2)粒子在磁场中运动的轨道半径r;(3)粒子从M点运动到P点的总时间t. 考点3 带电粒子在交变复合场中的运动带电粒子在交变复合场中的运动，往往运动复杂，且运动具有某种规律性，综合考查牛顿运动定律、功能关系，圆周运动规律等例题：如图甲所示，相隔一定距离的竖直边界两侧为相同的匀强磁场区，磁场方向垂直纸面向里，在边界上固定两长为L的平行金属极板MN和PQ，两极板中心各有一小孔S1、S2，两极板间电压的变化规律如图乙所示，正反向电压的大小均为U0，周期为T0.在t0时刻将一个质量为m、电荷量为q(q0)的粒子由S1静止释放，粒子在电场力的作用下向右运动，在t时刻通过S2垂直于边界进入右侧磁场区(不计粒子重力，不考虑极板外的电场) (1)求粒子到达S2时的速度大小v和极板间距d.(2)为使粒子不与极板相撞，求磁感应强度的大小应满足的条件(3)若已保证了粒子未与极板相撞，为使粒子在t3T0时刻再次到达S2，且速度恰好为零，求该过程中粒子在磁场内运动的时间和磁感应强度的大小 qma由运动学公式得da()2联立式得d(2)设磁感应强度大小为B，粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R，由牛顿第二定律得qvBm要使粒子在磁场中运动时不与极板相撞，须满足2R联立式得B dt2联立式得t2设粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期为T，由式结合运动学公式得T由题意可知Tt联立式得B.【答案】(1) (2)B (3)T0 巩固练习1.磁流体发电是一项新兴技术.如图所示，平行金属板之间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场.图中虚线框部分相当于发电机.把两个极板与用电器相连，则（ ） A用电器中的电流方向从A到BB用电器中的电流方向从B到AC若只增大磁场，发电机的电动势增大D若只减小喷入粒子的速度，发电机的电动势增大2.有两个运强磁场区域I和II，I中的磁感应强度是II中的k倍，两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运动.与I中运动的电子相比，II中的电子( )A运动轨迹的半径是I中的k倍B加速度的大小是I中的k倍C做圆周运动的周期是I中的k倍D做圆周运动的角速度是I中的k倍3.(多选)如图，一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场(B)和匀强电场(E)组成的速度选择器，然后粒子通过平板S上的狭缝P，进入另一匀强磁场(B)，最终打在A1A2上下列表述正确的是( ) A. 粒子带负电B. 所有打在A1A2上的粒子，在磁场B中运动时间都相同C. 能通过狭缝P的带电粒子的速率等于D. 粒子打在A1A2上的位置越靠近P，粒子的比荷越大4.如图所示，有理想边界的匀强磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B，某带电粒子的比荷(电荷量与质量之比)大小为k，由静止开始经电压为U的电场加速后，从O点垂直射入磁场，又从P点穿出磁场下列说法正确的是(不计粒子所受重力)( ) A. 如果只增加U，粒子可以从dP之间某位置穿出磁场B. 如果只减小B，粒子可以从ab边某位置穿出磁场C. 如果既减小U又增加B，粒子可以从bc边某位置穿出磁场D. 如果只增加k，粒子可以从dP之间某位置穿出磁场 5.(多选)如图，空间中存在正交的匀强电场E和匀强磁场B(匀强电场水平向右)，在竖直平面内从a点沿ab、ac方向抛出两带电小球(不考虑两带电球的相互作用，两球电荷量始终不变)，关于小球的运动，下列说法正确的是( ) A. 沿ab、ac方向抛出的带电小球都可能做直线运动B. 只有沿ab抛出的带电小球才可能做直线运动C. 沿ac做直线运动的小球带负电，且一定是匀速运动D. 两小球在运动过程中机械能均守恒 参考答案与解析：1.AC【解析】根据左手定则可得正电荷受到向上的洛伦兹力，负电荷受到向下的洛伦兹力，即上极板带正电，下极板带负电，故电流从A到B，A正确B错误；此后的正离子除受到向上的洛伦兹力f外还受到向下的电场力F，最终两力达到平衡，即最终等离子体将匀速通过磁场区域，根据，平衡时有，解得，故C正确D错误.源:2.AC 3.CD【解析】在磁场B中由左手定则可知，粒子带正电，A错误；所有打在A1A2上的粒子，在磁场B中的运动时间t，粒子的不同，时间t就不同，B错误；粒子在速度选择器中有qEqvB，则v，C正确；粒子打在A1A2上的位置越靠近P，半径R越小，则比荷越大，D正确4.D【解析】设粒子被电场加速后的速度为v，在磁场中运动的半径为R，则电场加速过程有qUmv2，在磁场中有：qvBm，R，联立得R .如果只增大U，半径R增大，A错误；如果只减小B，半径R增大，粒子向下偏，不可能从ab边某位置穿出磁场，B错误；如果既减小U又