高三物理二轮复习 专题辅导与应用 第1部分 专题整合突破 专题三 电场和磁场 第3讲 带电粒子在复合场中的运动课件.ppt

第1部分专题整合突破专题三电场和磁场第3讲带电粒子在复合场中的运动 高三物理二轮复习 1 求小滑块运动到c点时的速度大小vc 2 求小滑块从a点运动到c点过程中克服摩擦力做的功wf 3 若d点为小滑块在电场力 洛伦兹力及重力作用下运动过程中速度最大的位置 当小滑块运动到d点时撤去磁场 此后小滑块继续运动到水平地面上的p点 已知小滑块在d点时的速度大小为vd 从d点运动到p点的时间为t 求小滑块运动到p点时速度的大小vp 2 导学号 82460104 2015天津理综 12 现代科学仪器常利用电场 磁场控制带电粒子的运动 真空中存在着如图所示的多层紧密相邻的匀强电场和匀强磁场 电场与磁场的宽度均为d 电场强度为e 方向水平向右 磁感应强度为b 方向垂直纸面向里 电场 磁场的边界互相平行且与电场方向垂直 一个质量为m 电荷量为q的带正电粒子在第1层电场左侧边界某处由静止释放 粒子始终在电场 磁场中运动 不计粒子重力及运动时的电磁辐射 1 求粒子在第2层磁场中运动时速度v2的大小与轨迹半径r2 2 粒子从第n层磁场右侧边界穿出时 速度的方向与水平方向的夹角为 n 试求sin n 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 图1 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 主要题型 计算题 知识热点 1 带电粒子在组合复合场中的受力分析及运动分析 2 带电粒子在叠加复合场中的受力分析及运动分析 物理方法 1 模型法 2 类比法 3 整体法 隔离法 4 合成法 分解法 5 对称法 命题趋势 2014 2015两年高考新课标卷考查都没有在带电粒子在复合场中的运动出压轴题 带电粒子在复合场中的运动应该是2016年高考压轴题的首选 1 复合场中结合牛顿第二定律 运动的合成与分解 动能定理综合分析相关的运动问题 2 复合场中结合数学中的几何知识综合分析多解问题 临界问题 周期性问题等 考向一带电粒子在组合场中的运动 磁偏转 和 电偏转 的差别 1 磁感应强度的大小 2 o m两点间的电势差 3 m点的坐标及粒子从o点运动到m点的时间 带电粒子在组合场中运动的处理方法不论带电粒子是先后在匀强电场和匀强磁场中运动 还是先后在匀强磁场和匀强电场中运动 解决方法如下 1 分别研究带电粒子在不同场中的运动规律 若垂直匀强磁场方向进入 则做匀速圆周运动 在匀强电场中 若速度方向与电场方向在同一直线上 则做匀变速直线运动 若进入电场时的速度方向与电场方向垂直 则做类平抛运动 根据不同的运动规律分别求解 2 带电粒子经过磁场区域时利用圆周运动规律结合几何关系来处理 3 注意分析磁场和电场边界处或交接点位置粒子速度的大小和方向 把粒子在两种不同场中的运动规律有机地联系起来 1 区域 中磁场的磁感应强度大小 2 匀强电场的电场强度e的大小 3 粒子从a点运动到d点所经历的时间 考向二带电粒子在叠加复合场中的运动 解析 若沿着竖直方向向下运动 重力向下 电场力向下 洛伦兹力向右 合力与速度不共线 a错误 若沿竖直方向向上运动 重力向下 电场力向下 洛伦兹力向左 合力与速度不共线 b错误 液滴沿水平方向向左运动 重力向下 电场力向下 洛伦兹力向下 合力与速度不共线 c错误 沿水平方向向右运动 重力向下 电场力向下 洛伦兹力向上 当三力平衡时 液滴做匀速直线运动 d正确 答案 d 带电粒子在复合场中运动的处理方法1 弄清复合场的组成特点 2 正确分析带电粒子的受力及运动特点 3 画出粒子的运动轨迹 灵活选择不同的运动规律 1 若只有两个场且正交 例如 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 答案 b 1 小球的带电性质 2 第二象限内电场强度e1的大小和磁感应强度b1的大小 3 区域 内最小电场强度e2的大小和方向 4 区域 内电场强度e3的大小和磁感应强度b2的大小 考向三电场和磁场中实际应用问题 1 质谱仪 1 用途 测量带电粒子的质量和分析同位素 2 速度选择器 带电粒子束射入正交的匀强电场和匀强磁场组成的区域中 满足平衡条件qe qvb的带电粒子可以沿直线通过速度选择器 速度选择器只对粒子的速度大小和方向做出选择 而对粒子的电性 电荷量不能进行选择性通过 典例3 导学号 82460111 2015重庆理综 9 图为某种离子加速器的设计方案 两个半圆形金属盒内存在相同的垂直于纸面向外的匀强磁场 其中mn和m n 是间距为h的两平行极板 其上分别有正对的两个小孔o和o o n on d p为靶点 o p kd k为大于1的整数 极板间存在方向向上的匀强电场 两极板间电压为u 质量为m 带电荷量为q的正离子从o点由静止开始加速 经o 进入磁场区域 当离子打到极板上o n 区域 含n 点 或外壳上时将会被吸收 两虚线之间的区域无电场和磁场存在 离子可匀速穿过 忽略相对论效应和离子所受的重力 求 1 离子经过电场仅加速一次后能打到p点所需的磁感应强度大小 2 能使离子打到p点的磁感应强度的所有可能值 3 打到p点的能量最大的离子在磁场中运动的时间和在电场中运动的时间 第二步 审问题 明确解题思路 1 仅一次加速离子打到p点 电场加速 磁场偏转 偏转直径为kd 2 磁感应强度的所有可能值 确定磁感应强度范围 3 求磁场中运动的时间 根据在磁场中运动的圈数 求电场中运动的时间 运动学公式求一次加速的时间 根据加速次数求总时间 图甲图乙 1 正常时 oa的长度 2 出故障时 粒子在磁场中的轨道半径 答案 bd 不能挖掘出隐含条件而出错 易误警示 带电粒子在复合场中的运动 往往会出现临界状态或隐含条件 应以题目中的 恰好 最大 最高 至少 等词语为突破口 挖掘隐含条件 并根据临界条件列出辅助方程 再与其他方程联立求解 易错例析 典例 如图所示实线表示处在竖直平面内的匀强电场的电场线 与水平方向成 角 水平方向的匀强磁场与电场正交 有一带电液滴沿斜向上的虚线l做直线运动 l与水平方向成 角 且 则下列说法中正确的是 a 液滴一定做匀速直线运动b 液滴一定带正电c 电场线方向一定斜向上d 液滴有可能做匀变速直线运动 规范解答 本题带电液滴的运动为匀速直线运动 不可能为匀变速直线运动 因为速度变化时洛伦兹力也变化 合力将不在直线上 液滴受重力 电场力 洛伦兹力而做匀速直线运动 合力为零 可判断出洛伦兹力与电场力的方向 判断出液滴只有带正电荷才可能合力为零做匀速直线运动 此时电场线必斜向上 答案 abc 常见误区 防范措施 带电粒子在复合场中的运动情况分析带电粒子在复合场中做什么运动 取决于带电粒子所受的合外力及其初始状态的速度 因此应把带电粒子的运动情况和受力情况结合起来进行分析 1 当带电粒子在复合场中所受合外力为零时 做匀速直线运动 如速度选择器 2 当带电粒子所受的重力与电场力等值反向 洛伦兹力提供向心力时 带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动 解析 带电质点在运动过程中 重力做功 速度大小和方向发生变化 洛伦兹力的大小和方向也随之发生变化 故带电