（全国）2017年高二物理暑期作业 复习方法策略16讲 第13讲 带电粒子在复合场中运动的处理技巧.doc

第13讲带电粒子在复合场中运动的处理技巧高考热点1带电粒子在叠加场中的运动2带电粒子在组合场中的运动一、带电粒子在叠加场中的运动1正确进行受力分析，除重力、弹力、摩擦力外，要特别注意电场力和磁场力的分析2正确判断物体的运动性质和运动形式，分析运动过程，如果出现临界状态，要分析临界条件3恰当灵活地运用动力学观点或能量观点进行分析，针对不同的问题灵活地选用，但必须弄清各种规律的成立条件与适用范围例1如图1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点图1(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？变式(多选)如图2所示，竖直直线mn右侧存在竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，现有一质量m0.01 kg、电荷量q0.01 c的小球从mn左侧水平距离为l0.4 m的a点水平抛出，当下落距离是水平距离的一半时从mn上的d点进入电磁场，并恰好能做匀速圆周运动，图中c点是圆周的最低点且c到mn的水平距离为2l，不计空气阻力，g10 m/s2，则()图2a小球的初速度为2 m/sb匀强电场的电场强度为10 v/mc匀强磁场的磁感应强度为b2 td小球从d到c运动的时间为0.1 s方法提炼带电粒子(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，注意挖掘隐含条件二、带电粒子在组合场中的运动1将题目涉及的整个过程合理划分为若干阶段，找出各个阶段之间联系的物理量临界点或极值点处的特殊性质2画好情景示意图(运动过程图、受力分析图、状态变化图等)，有助于建立清晰有序的物理过程和确立物理量间的关系例2(2016江苏单科15)回旋加速器的工作原理如图3甲所示，置于真空中的d形金属盒半径为r，两盒间狭缝的间距为d，磁感应强度为b的匀强磁场与盒面垂直，被加速粒子的质量为m，电荷量为q，加在狭缝间的交变电压如图乙所示，电压值的大小为u0.周期t.一束该粒子在t0时间内从a处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零现考虑粒子在狭缝中的运动时间，假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动，不考虑粒子间的相互作用求：甲乙图3(1)出射粒子的动能em；(2)粒子从飘入狭缝至动能达到em所需的总时间t0；(3)要使飘入狭缝的粒子中有超过99%能射出，d应满足的条件例3(2015江苏单科15)一台质谱仪的工作原理如图4所示，电荷量均为q、质量不同的离子飘入电压为u0的加速电场，其初速度几乎为零这些离子经加速后通过狭缝o沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为b的匀强磁场，最后打在底片上已知放置底片的区域mnl，且oml.某次测量发现mn中左侧区域mq损坏，检测不到离子，但右侧区域qn仍能正常检测到离子在适当调节加速电压后，原本打在mq的离子即可在qn检测到图4(1)求原本打在mn中点p的离子质量m；(2)为使原本打在p的离子能打在qn区域，求加速电压u的调节范围；(3)为了在qn区域将原本打在mq区域的所有离子检测完整，求需要调节u的最少次数(取lg 20.301，lg 30.477，lg 50.699)方法提炼解决带电粒子在组合场中运动问题的思路方法题组1带电粒子在复合场中的运动1.如图5所示，某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场，电场方向水平向右，磁场方向垂直于纸面向里，一带电微粒由a点进入电磁场并刚好沿ab直线向上运动，下列说法中正确的是()图5a微粒一定带正电b微粒动能一定减小c微粒的电势能一定增加d微粒的机械能一定增加2(多选)磁流体发电是一项新兴技术，它可把气体的内能直接转化为电能，如图6所示是它的示意图，平行金属板a、c之间有一很强的磁场，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电离子)喷入磁场，两板间便产生电压现将a、c两极板与电阻r相连，两极板间距离为d，正对面积为s，等离子体的电阻率为，磁感应强度为b，等离子体以速度v沿垂直磁场方向射入a、c两板之间，则稳定时下列说法中正确的是()图6a极板a是电源的正极b电源的电动势为bdvc极板a、c间电压大小为d回路中电流为3.如图7所示，在水平地面上方有正交的匀强电场和匀强磁场，匀强电场方向竖直向下，匀强磁场方向水平向里现将一个带正电的金属小球从m点以初速度v0水平抛出，小球着地时的速度为v1，在空中的飞行时间为t1.若将磁场撤除，其它条件均不变，那么小球着地时的速度为v2，在空中飞行的时间为t2.小球所受空气阻力可忽略不计，则关于v1和v2、t1和t2的大小比较，以下判断正确的是 ()图7av1v2，t1t2 bv1v2，t1t2cv1v2，t1t2 dv1v2，t1t24(多选)如图8所示，已知一带电小球在光滑绝缘的水平面上从静止开始经电压u加速后，水平进入互相垂直的匀强电场e和匀强磁场b的复合场中(e和b已知)，小球在此空间的竖直面内做匀速圆周运动，则()图8a小球可能带正电b小球做匀速圆周运动的半径为r c小球做匀速圆周运动的周期为td若电压u增大，则小球做匀速圆周运动的周期增加5如图9所示，竖直绝缘杆处于方向彼此垂直、大小为e、b的匀强电场和匀强磁场中，一个质量为m、带电荷量为q的小球，从静止开始沿杆下滑，且与杆的动摩擦因数为，求：小球速度为多大时，加速度最大？是多少？图9题组2带电粒子在组合场中的运动6(多选)一个带电粒子以初速度v0垂直于电场方向向右射入匀强电场区域，穿出电场后接着又进入匀强磁场区域设电场区域和磁场区域有明确的分界线，且分界线与电场强度方向平行，如下图中的虚线所示，在下图所示的几种情况中，可能出现的是()7.回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个d形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两d形金属盒处于垂直于盒面的匀强磁场中，如图10所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是()图10a减小磁场的磁感应强度b增大匀强电场间的加速电压c增大d形金属盒的半径d减小狭缝间的距离8(多选)在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷离子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11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()图11a在电场中的加速度之比为11b在磁场中运动的半径之比为1c在磁场中转过的角度之比为12d离开电场区域时的动能之比为139.如图12所示，在x轴上方存在垂直纸面向里的磁感应强度为b的匀强磁场，x轴下方存在垂直纸面向外的磁感应强度为的匀强磁场一带负电的粒子从原点o以与x轴成30角斜向上的速度v射入磁场，且在x轴上方运动半径为r.则()图12a粒子经偏转一定能回到原点ob粒子在x轴上方和下方两磁场中运动的半径之比为21c粒子完成一次周期性运动的时间为d粒子第二次射入x轴上方磁场时，沿x轴前进了3r10. (2016全国卷15)现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图13所示，其中加速电压恒定质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍此离子和质子的质量比约为()图13a11 b12 c121 d14411如图14所示，一个质量为m、电荷量为q的正离子，在d处沿图示方向以一定的速度射入磁感应强度为b的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里结果离子正好从距a点为d的小孔c沿垂直于电场方向进入匀强电场，此电场方向与ac平行且向上，最后离子打在g处，而g处距a点2d(agac)不计离子重力，离子运动轨迹在纸面内求：图14(1)此离子在磁场中做圆周运动的半径r；(2)离子从d处运动到g处所需时间；(3)离子到达g处时的动能第13讲带电粒子在复合场中运动的处理技巧高考热点1带电粒子在叠加场中的运动2带电粒子在组合场中的运动一、带电粒子在叠加场中的运动1正确进行受力分析，除重力、弹力、摩擦力外，要特别注意电场力和磁场力的分析2正确判断物体的运动性质和运动形式，分析运动过程，如果出现临界状态，要分析临界条件3恰当灵活地运用动力学观点或能量观点进行分析，针对不同的问题灵活地选用，但必须弄清各种规律的成立条件与适用范围例1如图1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点图1(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？变式(多选)如图2所示，竖直直线mn右侧存在竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，现有一质量m0.01 kg、电荷量q0.01 c的小球从mn左侧水平距离为l0.4 m的a点水平抛出，当下落距离是水平距离的一半时从mn上的d点进入电磁场，并恰好能做匀速圆周运动，图中c点是圆周的最低点且c到mn的水平距离为2l，不计空气阻力，g10 m/s2，则()图2a小球的初速度为2 m/sb匀强电场的电场强度为10 v/mc匀强磁场的磁感应强度为b2 td小球从d到c运动的时间为0.1 s方法提炼带电粒子(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，注意挖掘隐含条件二、带电粒子在组合场中的运动1将题目涉及的整个过程合理划分为若干阶段，找出各个阶段之间联系的物理量临界点或极值点处的特殊性质2画好情景示意图(运动过程图、受力分析图、状态变化图等)，有助于建立清晰有序的物理过程和确立物理量间的关系例2(2016江苏单科15)回旋加速器的工作原理如图3甲所示，置于真空中的d形金属盒半径为r，两盒间狭缝的间距为d，磁感应强度为b的匀强磁场与盒面垂直，被加速粒子的质量为m，电荷量为q，加在狭缝间的交变电压如图乙所示，电压值的大小为u0.周期t.一束该粒子在t0时间内从a处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零现考虑粒子在狭缝中的运动时间，假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动，不考虑粒子间的相互作用求：甲乙图3(1)出射粒子的动能em；(2)粒子从飘入狭缝至动能达到em所需的总时间t0；(3)要使飘入狭缝的粒子中有超过99%能射出，d应满足的条件例3(2015江苏单科15)一台质谱仪的工作原理如图4所示，电荷量均为q、质量不同的离子飘入电压为u0的加速电场，其初速度几乎为零这些离子经加速后通过狭缝o沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为b的匀强磁场，最后打在底片上已知放置底片的区域mnl，且oml.某次测量发现mn中左侧区域mq损坏，检测不到离子，但右侧区域qn仍能正常检测到离子在适当调节加速电压后，原本打在mq的离子即可在qn检测到图4(1)求原本打在mn中点p的离子质量m；(2)为使原本打在p的离子能打在qn区域，求加速电压u的调节范围；(3)为了在qn区域将原本打在mq区域的所有离子检测完整，求需要调节u的最少次数(取lg 20.301，lg 30.477，lg 50.699)方法提炼解决带电粒子在组合场中运动问题的思路方法题组1带电粒子在复合场中的运动1.如图5所示，某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场，电场方向水平向右，磁场方向垂直于纸面向里，一带电微粒由a点进入电磁场并刚好沿ab直线向上运动，下列说法中正确的是()图5a微粒一定带正电b微粒动能一定减小c微粒的电势能一定增加d微粒的机械能一定增加2(多选)磁流体发电是一项新兴技术，它可把气体的内能直接转化为电能，如图6所示是它的示意图，平行金属板a、c之间有一很强的磁场，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电离子)喷入磁场，两板间便产生电压现将a、c两极板与电阻r相连，两极板间距离为d，正对面积为s，等离子体的电阻率为，磁感应强度为b，等离子体以速度v沿垂直磁场方向射入a、c两板之间，则稳定时下列说法中正确的是()图6a极板a是电源的正极b电源的电动势为bdvc极板a、c间电压大小为d回路中电流为3.如图7所示，在水平地面上方有正交的匀强电场和匀强磁场，匀强电场方向竖直向下，匀强磁场方向水平向里现将一个带正电的金属小球从m点以初速度v0水平抛出，小球着地时的速度为v1，在空中的飞行时间为t1.若将磁场撤除，其它条件均不变，那么小球着地时的速度为v2，在空中飞行的时间为t2.小球所受空气阻力可忽略不计，则关于v1和v2、t1和t2的大小比较，以下判断正确的是 ()图7av1v2，t1t2 bv1v2，t1t2cv1v2，t1t2 dv1v2，t1t24(多选)如图8所示，已知一带电小球在光滑绝缘的水平面上从静止开始经电压u加速后，水平进入互相垂直的匀强电场e和匀强磁场b的复合场中(e和b已知)，小球在此空间的竖直面内做匀速圆周运动，则()图8a小球可能带正电b小球做匀速圆周运动的半径为r c小球做匀速圆周运动的周期为td若电压u增大，则小球做匀速圆周运动的周期增加5如图9所示，竖直绝缘杆处于方向彼此垂直、大小为e、b的匀强电场和匀强磁场中，一个质量为m、带电荷量为q的小球，从静止开始沿杆下滑，且与杆的动摩擦因数为，求：小球速度为多大时，加速度最大？是多少？图9题组2带电粒子在组合场中的运动6(多选)一个带电粒子以初速度v0垂直于电场方向向右射入匀强电场区域，穿出电场后接着又进入匀强磁场区域设电场区域和磁场区域有明确的分界线，且分界线与电场强度方向平行，如下图中的虚线所示，在下图所示的几种情况中，可能出现的是()7.回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个d形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两d形金属盒处于垂直于盒面的匀强磁场中，如图10所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是()图10a减小磁场的磁感应强度b增大匀强电场间的加速电压c增大d形金属盒的半径d减小狭缝间的距离8(多选)在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷离子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