高考物理二轮复习 第1部分 核心突破 专题3 电场和磁场 第3讲 带电粒子在复合场中的运动课件.ppt

核心专题突破 第一部分 专题三电场和磁场 第3讲带电粒子在复合场中的运动 命题规律 带电粒子在组合场中的运动是高考的重点和热点 高考对此命题有如下规律 1 结合场对带电粒子的作用考查三种常见的运动规律 即匀变速直线运动 平抛运动 匀速圆周运动 2 对带电粒子通过大小和方向不同的电场或磁场区域时的运动进行考查 题型一带电粒子在组合场中的运动 方法点拨 带电粒子在组合场中运动的分析方法 1 明性质 要清楚场的性质 方向 强弱 范围等 2 定运动 带电粒子一次通过不同场区时 由受力情况确定粒子在不同区域的运动情况 3 画轨迹 正确地画出粒子的运动轨迹图 4 用规律 根据区域和运动规律的不同 将粒子运动的过程划分为几个不同的阶段 对不同的阶段选取不同的规律处理 5 找关系 要明确带电粒子通过不同场区的交界处时速度大小和方向关系 上一个区域的末速度往往是下一个区域的初速度 1 匀强电场的电场强度e和磁场的磁感应强度b的大小 2 粒子运动到p点的速度大小 3 粒子从m点运动到p点所用的时间 突破点拨 1 以大小为v0的速度沿x轴正方向射入电场 说明 带电粒子在第 象限 2 又经过磁场垂直y轴进入第 象限 说明 带电粒子在第 象限做匀速圆周运动的圆心在 带电粒子在第 象限 变式考法1 1 在上述题1中 若带电粒子射入电场的速度大小为原来的2倍 粒子经过坐标轴的位置不变 试分析匀强电场的电场强度和匀强磁场的磁感应强度如何变化 2 在上述题1中 若第 象限内的匀强电场方向沿x轴负方向 试分析粒子经过y轴进入第 象限的位置的纵坐标 变式考法2 将上述2中x轴下方的匀强电场方向改成与x轴负方向成45 角 如图所示 若粒子沿平行电场线移动的最大距离为h 求 1 匀强电场的电场强度大小e 2 粒子从开始到第三次经过x轴的时间t 3 若粒子恰好不能从第n层磁场右侧边界穿出 试问在其他条件不变的情况下 也进入第n层磁场 但比荷较该粒子大的粒子能否穿出该层磁场右侧边界 请简要推理说明之 1 运动过程的分解方法 1 以 场 的边界将带电粒子的运动过程分段 2 分析每段运动带电粒子的受力情况和初速度 判断粒子的运动性质 3 建立联系 前 后两段运动的关联为带电粒子过关联点时的速度 4 分段求解 根据题设条件 选择计算顺序 2 周期性和对称性的应用相邻场问题大多具有周期性和对称性 解题时一是要充分利用其特点画出带电粒子的运动轨迹 以帮助理顺物理过程 二是要注意周期性和对称性对运动时间的影响 命题规律 带电粒子在叠加场中的运动是高考考查力电知识综合应用的重要题型 命题规律有 1 一般结合平抛运动 圆周运动及动能关系进行综合考查 多为计算题 2 有时也会以选择题的形式考查在现代科技中的应用 题型二带电粒子在叠加场中的运动 方法点拨 带电粒子在叠加场中运动的分析方法 1 明种类 明确叠加场的种类及特征 2 析特点 正确分析带电粒子的受力特点及运动特点 3 画轨迹 画出运动轨迹过程示意图 明确圆心 半径及边角关系 4 用规律 灵活选择不同的运动规律 两场共存时 电场与磁场中满足qe qvb或重力场与磁场中满足mg qvb或重力场与电场中满足mg qe 都表现为匀速直线运动或静止 根据受力平衡列方程求解 1 求两极板间电压u 2 若两极板不带电 保持磁场不变 该粒子仍沿中心线o1o2从o1点射入 欲使粒子从两板左侧间飞出 射入的速度应满足什么条件 变式考法 1 在上述题1中 若撤去磁场 极板间电压不变 粒子从o1点射入 欲使粒子飞出极板 试求粒子射入电场的速度应满足什么条件 2 在上述题1中 若两极板不带电 粒子仍从o1点以相同的速度射入 欲使粒子垂直打在极板上 试求磁场的磁感应强度应为多少 关注几场叠加 构建运动模型 优选规律解题第1步 受力分析 关注几场叠加 磁场 重力场并存 受重力和洛伦兹力 电场 磁场并存 不计重力的微观粒子 受电场力和洛伦兹力 电场 磁场 重力场并存 受电场力 洛伦兹力和重力 第2步 运动分析 典型运动模型构建受力平衡的匀速直线运动 受力恒定的匀变速直线运动 受力大小恒定且方向指向圆心的匀速圆周运动 受力方向变化复杂的曲线运动等 第3步 选用规律 两种观点解题 带电体做匀速直线运动 则用平衡条件求解 即二力或三力平衡 带电体做匀速圆周运动 应用向心力公式或匀速圆周运动的规律求解 带电体做匀变速直线或曲线运动 应用牛顿运动定律和运动学公式求解 带电体做复杂的曲线运动 应用能量守恒定律或动能定理求解 题型三磁与现代科技的应用 命题规律 质谱仪 回旋加速器 磁流体发电机 电磁流量计 霍尔效应 磁流体泵等都是高考常考的物理模式之一 不同点在于速度选择器的电场是带电粒子进入前存在的 是外加的 磁流体发电机 电磁流量计和霍尔元件中的电场是粒子进入磁场后 在洛伦兹力作用下带电粒子在两极板间聚集后才产生的 此类试题的题型既有选择题又有计算题 只是综合性强 难度中等 方法点拨 与电 磁场有关的现代科技问题的分析方法 1 讨论与电 磁场有关的实际问题 首先应通过分析将其提炼成纯粹的物理问题 然后用解决物理问题的方法进行分析 这里较多的是用分析力学问题的方法 对于带电粒子在磁场中的运动 还应特别注意运用几何知识寻找关系 2 解决实际问题的过程 1 多选 2015 银川一模 1932年 劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器 回旋加速器的工作原理如图所示 置于高真空中的d形金属盒半径为r 两盒间的狭缝很小 带电粒子穿过的时间可以忽略不计 磁感应强度为b的匀强磁场与盒面垂直 a处的粒子源产生的粒子 质量为m 电荷量为 q 在加速器中被加速 加速电压为u 实际使用中 磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为bm fm 加速过程中不考虑相对论效应和重力作用 abd 变式考法 1 若用该加速器分别加速质子 电量为 q 质量为m 和 粒子 电量为2q 质量为4m 则它们运动周期之比为多少 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lg2 0 301 lg3 0 477 lg5 0 699 3 2015 浙江卷 使用回旋加速器的实验需要把离子束从加速器中引出 离子束引出的方法有磁屏蔽通道法和静电偏转法等 质量为m 速度为v的离子在回旋加速器内旋转 旋转轨道是半径为r的圆 圆心在o点 轨道在垂直纸面向外的匀强磁场中 磁感应强度为b 为引出离子束 使用磁屏蔽通道法设计引出器 引出器原理如图所示 一对圆弧形金属板组成弧形引出通道 通道的圆心位于o 点 o 点图中末画出 引出离子时 令引出通道内磁场的磁感应强度降低 从而使离子从p点进入通道 沿通道中心线从q点射出 已知oq长度为l oq与op的夹角为 1 求离子的电荷量q并判断其正负 2 离子从p点进入 q点射出 通道内匀强磁场的磁感应强度应降为b 求b 3 换用静电偏转法引出离子束 维持通道内的原有磁感应强度b不变 在内外金属板间加直流电压 两板间产生径向电场 忽略边缘效应 为使离子仍从p点进入 q点射出 求通道内引出轨迹处电场强度e的方向和大小 带电粒子在交变的电场和磁场中的运动 预测 2016 江西省上饶市第二次模拟 19分 如图甲所示 在xoy平面内存在均匀 大小随时间周期性变化的磁场和电场 变化规律分别如图乙 丙所示 规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向 沿y轴正方向电场强度为正 在t 0时刻由原点o发射初速度大小为v0 方向沿y轴正方向的带负电粒子 变式考法 2016 泰州二模 如图所示 在xoy竖直平面内存在竖直方向的匀强电场 在第一象限内有一与x轴相切于点 2r 0 半径为r的圆形区域 该区域内存在垂直于xoy面的匀强磁场 电场与磁场随时间变化如图乙 丙所示 设电场强度竖直向下为正方向 磁场垂直纸面向里为正方向 电场 磁场同步周期性变化 每个周期内正反向时间相同 一带正电的小球a沿y轴的方向下落 t 0时刻a落至点 0 3r 此时 另一带负电的小球b从圆形区域最高点 2r 2r 处开始在磁场内紧靠磁场边界做匀速