高考物理大一轮总复习（主干回顾固基础+典例突破知规律+特色培优增素养）83 带电粒子在复合场中的运动课件.ppt

01主干回顾固基础 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 2 三种场的比较 竖直向下 mg 相同 qe 相反 qvb 左手 路径 重力势能 路径 qu 电势能 动能 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 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 非匀 知识点2带电粒子在复合场中运动的应用实例 一 基础知识题组1 带电粒子在复合场中直线运动 如图所示 水平放置的平行金属板a b带有等量正负电荷 a板带正电 两板间有垂直于纸面向里的匀强磁场 一个带正电的粒子在两板间做直线运动 粒子的重力不计 关于粒子在两板间运动的情况 正确的是 a 可能向右做匀加速直线运动b 可能向左做匀加速直线运动c 只能是向右做匀速直线运动d 只能是向左做匀速直线运动解析 经受力分析可知电场力向下 洛伦兹力必向上 则速度向右 洛伦兹力与速度大小有关 因此只能为匀速直线运动 答案 c 2 带电粒子在复合场中的匀速圆周运动 多选 如图所示 一带电小球在一正交电场 磁场区域里做匀速圆周运动 电场方向竖直向下 磁场方向垂直纸面向里 则下列说法正确的是 a 小球一定带正电b 小球一定带负电c 小球的绕行方向为顺时针d 改变小球的速度大小 小球将不做圆周运动解析 小球做匀速圆周运动 重力必与电场力平衡 则电场力方向竖直向上 结合电场方向可知小球一定带负电 a错误 b正确 洛伦兹力充当向心力 由曲线运动轨迹的弯曲方向结合左手定则可得绕行方向为顺时针方向 c正确 d错误 答案 bc 3 带电粒子在复合场中的运动 如图所示 空间的某个复合场区域内存在着方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场 质子由静止开始经一加速电场加速后 垂直于复合场的界面进入并沿直线穿过场区 质子从复合场区穿出时的动能为ek 那么氘核同样由静止开始经同一加速电场加速后穿过同一复合场后的动能e k的大小是 a e k ekb e k ekc e k ekd 条件不足 难以确定 答案 b 4 带电粒子在复合场中有约束情况下的运动 多选 如图所示 在水平匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场中 有一竖直足够长固定绝缘杆mn 小球p套在杆上 已知p的质量为m 电荷量为 q 电场强度为e 磁感应强度为b p与杆间的动摩擦因数为 重力加速度为g 小球由静止开始下滑直到稳定的过程中 答案 cd 二 规律方法题组5 霍尔效应的应用 多选 利用霍尔效应制作的霍尔元件 广泛应用于测量和自动控制等领域 如图是霍尔元件的工作原理示意图 磁感应强度b垂直于霍尔元件的工作面向下 通入图示方向的电流i c d两侧面会形成电势差ucd 下列说法中正确的是 a 电势差ucd仅与材料有关b 若霍尔元件的载流子是自由电子 则电势差ucd 0c 仅增大磁感应强度时 电势差ucd变大d 在测定地球赤道上方的地磁场强弱时 元件的工作面应保持水平 解析 电势差ucd与磁感应强度b 材料及电流强度有关 选项a错误 若霍尔元件的载流子是自由电子 由左手定则可知 电子向侧面c偏转 则电势差ucd 0 选项b正确 仅增大磁感应强度时 电势差ucd变大 选项c正确 在测定地球赤道上方的地磁场强弱时 元件的工作面应保持竖直且东西放置 选项d错误 答案 bc 6 带电粒子在复合场中的运动 多选 某空间存在水平方向的匀强电场 图中未画出 带电小球沿如图所示的直线斜向下由a点沿直线向b点运动 此空间同时存在由a指向b的匀强磁场 则下列说法正确的是 a 小球一定带正电b 小球可能做匀速直线运动c 小球一定做匀加速直线运动d 运动过程中 小球的机械能增大 解析 由于小球重力方向竖直向下 空间存在磁场 且小球直线运动方向斜向下 与磁场方向相同 故不受磁场力的作用 电场力必水平向右 但电场具体方向未知 故不能判断带电小球的电性 选项a错误 重力和电场力的合力不为零 故不是匀速直线运动 所以选项b错误 因为重力与电场力的合力方向与运动方向相同 故小球一定做匀加速直线运动 选项c正确 运动过程中由于电场力做正功 故机械能增加 选项d正确 答案 cd 带电粒子 带电体 在叠加场中运动的分析方法1 弄清叠加场的组成 2 进行受力分析 3 确定带电粒子的运动状态 注意运动情况和受力情况的结合 4 画出粒子运动轨迹 灵活选择不同的运动规律 1 当带电粒子在叠加场中做匀速直线运动时 根据受力平衡列方程求解 2 当带电粒子在叠加场中做匀速圆周运动时 应用牛顿定律结合圆周运动规律求解 3 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 4 对于临界问题 注意挖掘隐含条件 5 记住三点 1 受力分析是基础 2 运动过程分析是关键 3 根据不同的运动过程及物理模型 选择合适的定理列方程求解 02典例突破知规律 考点1带电粒子在复合场中的运动考点解读 电偏转 和 磁偏转 的比较 典例透析 2012 浙江高考 如图所示 两块水平放置 相距为d的长金属板接在电压可调的电源上 两板之间的右侧区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场 将喷墨打印机的喷口靠近上板下表面 从喷口连续不断喷出质量均为m 水平速度均为v0 带相等电荷量的墨滴 调节电源电压至u 墨滴在电场区域恰能沿水平向右做匀速直线运动 进入电场 磁场共存区域后 最终垂直打在下板的m点 1 判断墨滴所带电荷的种类 并求其电荷量 2 求磁感应强度b的值 3 现保持喷口方向不变 使其竖直下移到两板中间的位置 为了使墨滴仍能到达下板m点 应将磁感应强度调至b 则b 的大小为多少 解题探究 1 墨滴在电场区域恰能沿水平向右匀速运动 满足的受力条件是 提示 f电 mg 2 进入电场 磁场共存区域后做什么运动 提示 将做匀速圆周运动 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动 若重力和洛伦兹力不平衡 则带电体将做复杂的曲线运动 因洛伦兹力不做功 故机械能守恒 2 电场力 磁场力并存 不计重力的微观粒子 若电场力和洛伦兹力平衡 则带电体做匀速直线运动 若电场力和洛伦兹力不平衡 则带电体做复杂的曲线运动 可用动能定理求解 3 电场力 磁场力 重力并存 若三力平衡 带电体做匀速直线运动 若重力与电场力平衡 带电体做匀速圆周运动 若合力不为零 带电体可能做复杂的曲线运动 可用能量守恒定律或动能定理求解 变式训练 2013 四川高考 如图所示 竖直平面 纸面 内有直角坐标系xoy x轴沿水平方向 在x 0的区域内存在方向垂直于纸面向里 磁感应强度大小为b1的匀强磁场 在第二象限紧贴y轴固定放置长为l 表面粗糙的不带电绝缘平板 平板平行于x轴且与x轴相距h 在第一象限内的某区域存在方向相互垂直的匀强磁场 磁感应强度大小为b2 方向垂直于纸面向外 和匀强电场 图中未画出 设运动过程中小球p电量不变 小球p和q始终在纸面内运动且均看作质点 重力加速度为g 求 1 匀强电场的场强大小 并判断p球所带电荷的正负 2 小球q的抛出速度v0的取值范围 3 b1是b2的多少倍 3 小球q在空间做平抛运动 要满足题设要求 则运动到小球p穿出电磁场区域的同一水平高度的w点时 其竖直方向的速度vy与竖直位移yq必须满足 3 q球与p球恰好相遇 相应的抛出速度v0为其最大值v0m 考点2带电粒子在分离复合场中的运动考点解读 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 典例透析 2012 课标全国卷 如图所示一半径为r的圆表示一柱形区域的横截面 纸面 在柱形区域内加一方向垂直于纸面的匀强磁场 一质量为m 电荷量为q的粒子沿图中直线在圆上的a点射入柱形区域 在圆上的b点离开该区域 离开时速度方向与直线垂直 圆心o到直线的距离为r 现将磁场换为平行于纸面且垂直于直线的匀强电场 同一粒子以同样速度沿直线在a点射入柱形区域 也在b点离开该区域 若磁感应强度大小为b 不计重力 求电场强度的大小 1 求解带电粒子在分离复合场中运动问题的分析方法 1 正确受力分析 除重力 弹力 摩擦力外要特别注意静电力和磁场力的分析 2 确定带电粒子的运动状态 注意运动情况和受力情况的结合 3 对于粒子连续通过几个不同区域 不同种类的场时 要分阶段进行处理 4 画出粒子运动轨迹 灵活选择不同的运动规律 2 带电粒子在分离复合场中运动问题的求解方法 变式训练 在如图所示的空间区域里 y轴左方有一匀强电场 场强方向跟y轴负方向成30 角 大小为e 4 0 105n c y轴右方有一垂直纸面的匀强磁场 有一质子以速度v0 2 0 106m s由x轴上a点 oa 10cm 第一次沿轴正方向射入磁场 第二次沿x轴负方向射入磁场 回旋后都垂直射入电场 最后又进入磁场 已知质子质量m为1 6 10 27kg 求 1 匀强磁场的磁感应强度 2 质子两次在磁场中运动的时间之比 3 质子两次在电场中运动的时间各为多少 考点3带电粒子在交变复合场中的运动考点读 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 典例透析如图甲所示 在以o为坐标原点的xoy平面内 存在着范围足够大的电场和磁场 一个带正电的小球在0时刻以v0 3gt0的初速度从o点沿 x方向 水平向右 射入该空间 在t0时刻该空间同时加上如图乙所示的电场和磁场 其中电场沿 y方向 竖直向上 场强大小e0 磁场垂直于xoy平面向外 磁感应强度大小b0 已知小球的质量为m 带电荷量为q 当地重力加速度为g 空气阻力不计 1 求12t0末小球速度的大小 2 在给定的xoy坐标系中 大致画出小球在0到24t0内运动轨迹的示意图 3 求30t0内小球距x轴的最大距离 2 24t0 内运动轨迹的示意图如图所示 带电粒子在交变复合场中的运动问题的基本思路 特别提醒 若交变电压的变化周期远大于粒子穿越电场的时间 则在粒子穿越电场过程中 电场可看作粒子刚进入电场时刻的匀强电场 变式训练 2012 山东高考 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t 0时刻将一个质量为m 电荷量为 q q 0 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t 3t0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 03特色培优增素养 解题突破 带电粒子在电场和磁场的组合场中运动类问题的规范求解 典题例证 18分 2013 山东高考 如图所示 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op d oq 2d 不计粒子重力 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 审题 抓住信息 快速推断 答题 规范解题 步步得分 1 设粒子在电场中运动的时间为t0 加速度的大小为a 粒子的初速度为v0 过q点时速度的