2019版高考物理二轮复习 专题三 电场与磁场 第2讲 带电粒子在复合场中的运动课件.ppt

第2讲带电粒子在复合场中的运动,网络构建,1.必须领会的“三种方法”和“两种物理思想”(1)对称法、合成法、分解法。(2)等效思想、分解思想。2.做好“两个区分”，谨防做题误入歧途(1)正确区分重力、电场力、洛伦兹力的大小、方向特点及做功特点。(2)正确区分“电偏转”和“磁偏转”的不同。3.抓住“两个技巧”，做到解题快又准(1)按照带电粒子运动的先后顺序，将整个运动过程划分成不同阶段的小过程。(2)善于利用几何图形处理边角关系，要有运用数学知识处理物理问题的习惯。,备考策略,【典例1】(2018全国卷，25)一足够长的条状区域内存在匀强电场和匀强磁场，其在xOy平面内的截面如图1所示：中间是磁场区域，其边界与y轴垂直，宽度为l，磁感应强度的大小为B，方向垂直于xOy平面；磁场的上、下两侧为电场区域，宽度均为l，电场强度的大小均为E，方向均沿x轴正方向；M、N为条状区域边界上的两点，它们的连线与y轴平行。一带正电的粒子以某一速度从M点沿y轴正方向射入电场，经过一段时间后恰好以从M点入射的速度从N点沿y轴正方向射出。不计重力。,带电粒子在复合场中的运动,带电粒子在组合场中的运动,图1,解析(1)粒子运动的轨迹如图(a)所示。(粒子在电场中的轨迹为抛物线，在磁场中为圆弧，上下对称)图(a),(2)粒子从电场下边界入射后在电场中做类平抛运动。设粒子从M点射入时速度的大小为v0，在下侧电场中运动的时间为t，加速度的大小为a；粒子进入磁场的速度大小为v，方向与电场方向的夹角为见图(b)，速度沿电场方向的分量为v1。根据牛顿第二定律有qEma式中q和m分别为粒子的电荷量和质量。由运动学公式有v1atlv0tv1vcos,图(b),【典例2】如图2所示，平面OM和水平面ON之间的夹角为30，两平面之间同时存在匀强磁场和匀强电场，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外；匀强电场的方向竖直向上。一带电小球的质量为m，电荷量为q，带电小球沿竖直平面以大小为v0的初速度从平面OM上的某点沿左上方射入磁场，速度方向与OM成30角，带电小球进入磁场后恰好做匀速圆周运动。已知带电小球在磁场中的运动轨迹与ON恰好相切，且带电小球能从OM上另一点P射出磁场(P未画出)。,带电粒子在叠加场中的运动,图2(1)判断带电小球带何种电荷？所加电场的电场强度E为多大？(2)求出射点P到两平面交点O的距离s；(3)带电小球离开磁场后继续运动，能打在左侧竖直的光屏OO上的T点，求T点到O点的距离s。,解析(1)根据题意，带电小球受到的电场力与重力平衡，则带电小球带正电荷。由力的平衡条件得qEmg,【典例3】如图3甲所示，竖直挡板MN左侧空间有方向竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，电场和磁场的范围足够大，电场强度E40N/C，磁感应强度B随时间t变化的关系图象如图乙所示，选定磁场垂直纸面向里为正方向。t0时刻，一带正电的微粒，质量m8104kg、电荷量q2104C，在O点具有方向竖直向下、大小为0.12m/s的速度v，O是挡板MN上一点，直线OO与挡板MN垂直，取g10m/s2。求：,带电粒子在交变场中的周期性运动,图3(1)微粒再次经过直线OO时与O点的距离；(2)微粒在运动过程中离开直线OO的最大距离；(3)水平移动挡板，使微粒能垂直射到挡板上，挡板与O点间的水平距离应满足的条件。,(2)微粒运动半个周期后向上匀速运动，运动的时间为t5s，轨迹如图所示，位移大小svt解得s1.88m因此，微粒离开直线OO的最大距离lsR2.48m。,(3)若微粒能垂直射到挡板上的某点P，P点在直线OO下方时，由图可知，挡板MN与O点间的水平距离应满足L(2.4n0.6)m(n0，1，2，3，)若微粒能垂直射到挡板上的某点P，P点在直线OO上方时，由图可知，挡板MN与O点间的距离应满足L(2.4n1.8)m(n0，1，2，3，)。答案(1)1.2m(2)2.48m(3)L(2.4n0.6)m(n0，1，2，3，)或L(2.4n1.8)m(n0，1，2，3，),分析带电粒子在复合场中的运动的注意事项(1)准确划分带电粒子运动过程中的不同运动阶段、不同运动形式，以及不同运动阶段、不同运动形式之间的转折点和临界点，只有明确粒子在某一阶段的运动形式后，才能确定解题所用到的物理规律。(2)分析带电粒子在交变电场或磁场中的运动轨迹时，还要注意对称性的灵活应用。,1.(2018辽宁大连二模)如图4所示为研究某种带电粒子的装置示意图，粒子源射出的粒子束以一定的初速度沿直线射到荧光屏上的O点，出现一个光斑。在垂直于纸面向里的方向上加一磁感应强度为B的匀强磁场后，粒子束发生偏转，沿半径为r的圆弧运动，打在荧光屏上的P点，然后在磁场区域再加一竖直向下、电场强度大小为E的匀强电场，光斑从P点又回到O点，关于该粒子(不计重力)，下列说法正确的是(),图4,答案D,2.(多选)如图5甲所示，空间同时存在竖直向上的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度为B，电场强度为E，一质量为m，电荷量为q的带正电小球恰好处于静止状态。现在将磁场方向顺时针旋转30，同时给小球一个垂直磁场方向斜向下的速度v，如图乙所示。则关于小球的运动，下列说法正确的是()图5,答案AD,3.如图6所示，在xOy平面内OA和OB是第一、二象限的角平分线，在AOy区域内存在沿x轴负方向的匀强电场，在BOy区域内存在沿y轴负方向的匀强电场，在第二象限其他区域内存在垂直xOy平面的匀强磁场。从OA上坐标为(x0，y0)的点由静止释放一个质量为m、电荷量为q的粒子(重力不计)，粒子恰好垂直穿过OB。(1)求第一、二象限内匀强电场的电场强度之比；(2)若第一象限内电场强度大小为E0，要使粒子第一次射入磁场时，在第二象限内不进入x轴下方，则第二象限内所加匀强磁场的磁感应强度B0应满足什么条件？,图6,解析(1)设第一、二象限内匀强电场的电场强度分别为E1和E2，粒子经过y轴时的速度大小为v0,甲,如图甲所示，粒子在第二象限垂直穿过OB时，有vxv0，vya2t，vxvyqE2ma2,由几何关系得y0x0，x1y1y0解得a23a1得E1E213,由(1)知a23a1,若磁场垂直于xOy平面向里，则粒子运动轨迹与x轴相切时轨迹半径r1最大，如图乙所示,乙,由几何关系有x1r1r1cos45,若磁场垂直xOy平面向外，粒子运动轨迹与x轴相切时轨迹半径r2最大，如图丙所示,丙,由几何关系可得r2cos45x1r2,答案(1)13(2)见解析,物理是一门与生产、生活及现代科技联系比较紧密的学科。在高考中，物理试题着重考查考生的知识、能力和学科素养，注重理论联系实际，注重物理与科学技术、社会和经济发展的联系，注重物理知识在生产、生活、科技等方面的应用。,复合场中的STSE问题,【典例1】(2018安徽合肥三模)为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图7所示的长方体流量计。该装置由绝缘材料制成，其长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口。在垂直于上下底面方向加一匀强磁场，前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极。污水充满管口从左向右流经该装置时，接在M、N两端间的电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是()A.M端的电势比N端的高B.电压表的示数U与a和b均成正比，与c无关C.电压表的示数U与污水的流量Q成正比D.若污水中正负离子数相同，则电压表的示数为0,叠加场在生活、生产中的应用,图7,答案C,【典例2】(2018全国卷，24)如图8，从离子源产生的甲、乙两种离子，由静止经加速电压U加速后在纸面内水平向右运动，自M点垂直于磁场边界射入匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁场左边界竖直。已知甲种离子射入磁场的速度大小为v1，并在磁场边界的N点射出；乙种离子在MN的中点射出；MN长为l。不计重力影响和离子间的相互作用。求(1)磁场的磁感应强度大小；(2)甲、乙两种离子的比荷之比。,组合场在科技中的应用,图8,【典例3】(多选)(2018攀枝花三模)如图9所示为一种获得高能粒子的装置原理图，环形管内存在垂直于纸面、磁感应强度大小可调的匀强磁场(环形管的宽度非常小)，质量为m、电荷量为q的带正电粒子可在环中做半径为R的圆周运动。A、B为两块中心开有小孔且小孔距离很近的平行极板，原来电势均为零，每当带电粒子经过A板刚进入A、B之间时，A板电势升高到U，B板电势仍保持为零，粒子在两板间的电场中得到加速，每当粒子离开B板时，A板电势又降为零，粒子在电场中一次一次地加速使得动能不断增大，而在环形区域内，通过调节磁感应强度大小可使粒子运行半径R不变，已知极板间距远小于R，则下列说法正确的是(),图9,答案BD,1.(多选)自行车速度计是利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率。如图10甲所示，自行车前轮上安装一块磁铁，轮子每转一圈，这块磁铁就靠近传感器一次，传感器会输出一个脉冲电压。图乙为霍尔元件的工作原理图。当磁场靠近霍尔元件时，导体内定向运动的自由电荷在磁场力作用下偏转，最终使导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差，即为霍尔电势差。下列说法正确的是()图10,A.根据单位时间内的脉冲数和自行车车轮的半径即可获知车速大小B.自行车的车速越大，霍尔电势差越高C.图乙中霍尔元件的电流I是由正电荷定向运动形成的D.如果长时间不更换传感器的电源，霍尔电势差将减小,答案AD,2.(多选)如图11所示为某种质谱仪的工作原理示意图。此质谱仪由以下几部分构成：粒子源N，P、Q间的加速电场，静电分析器，磁感应