高考物理总复习 第8章 磁场（第3课时）带电粒子在复合场中的运动课件.pptVIP

第3课时带电粒子在复合场中的运动 基础过关 一 带电粒子在复合场中的运动1 复合场 电场 重力场共存 或其中某两场共存 考点一带电粒子在组合场和复合场中的运动 d 磁场 2 带电粒子在复合场中运动的几种情况 1 当带电粒子在复合场中所受的合外力为零时 粒子将 或做 运动 2 当带电粒子所受的合外力与运动方向在同一条直线上时 粒子将做 运动 3 当带电粒子所受的合外力充当向心力且大小不变时 粒子将做 4 当带电粒子所受合外力大小与方向均变化时 粒子将做 曲线运动 这类问题一般用能量关系来处理 静止 匀速直线 直线 匀速圆周运动 非匀变速 二 带电粒子在组合场中的运动 1 组合场 是指电场 磁场 重力场有两种场同时存在 但各位于一定的区域内且不重叠 2 对 组合场 问题的处理方法 进行分段处理 注意在两种区域交界处的边界问题与运动的连接条件 过关演练 1 如图所示的平面直角坐标系xoy 在第 象限内有平行于y轴的匀强电场 方向沿y轴正方向 在第 象限的正三角形abc区域内有匀强磁场 方向垂直于xoy平面向里 正三角形边长为l 且ab边与y轴平行 一质量为m 电荷量为q的粒子 从y轴上的p 0 h 点 以大小为v0的速度沿x轴正方向射入电场 通过电场后从x轴上的a 2h 0 点进入第 象限 又经过磁场从y轴上的某点进入第 象限 且速度与y轴负方向成45 角 不计粒子所受的重力 求 1 电场强度e的大小 2 粒子到达a点时速度的大小和方向 3 abc区域内磁场的磁感应强度b的最小值 要点突破 要点一带电粒子在组合场中运动处理方法解决带电粒子在组合场中运动的一般思路 1 明确组合场是由哪些场组合成的 2 判断粒子经过组合场时的受力和运动情况 并画出相应的运动轨迹简图 3 具体运动问题的思路方法如图 例1 2015 浙江10月选考 如图所示为水平放置的小型粒子加速器的原理示意图 区域 和 存在方向垂直纸面向里的匀强磁场b1和b2 长l 1 0m的区域 存在场强大小e 5 0 104v m 方向水平向右的匀强电场 区域 中间上方有一离子源s 水平向左发射动能ek0 4 0 104ev的氘核 氘核最终从区域 下方的p点水平射出 s p两点间的高度差h 0 10m 答案 1 2 24 10 14j 2 0 06m 3 1 2t 要点二带电粒子在复合场中运动问题的分析方法1 弄清复合场的组成 如磁场 电场的复合 磁场 重力场的复合 磁场 电场 重力场三者的复合等 2 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 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 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 5 画出粒子运动轨迹 灵活选择不同的运动规律 1 当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时 根据受力平衡列方程求解 2 当带电粒子在复合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 6 对于临界问题 注意挖掘隐含条件 答案bc 精练题组 1 在如图所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域内 不计重力 电子可能沿水平方向向右做直线运动的是 解析若电子水平向右运动 在a图中电场力水平向左 洛伦兹力竖直向下 故不可能 在b图中 电场力水平向左 洛伦兹力为零 故电子可能水平向右做匀减速直线运动 在c图中电场力竖直向下 洛伦兹力竖直向下 电子不可能向右做直线运动 在d图中电场力竖直向上 洛伦兹力竖直向上 故电子不可能做水平向右的直线运动 因此只有选项b正确 答案b 2 如图所示 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 磁场方向垂直纸面向里 一带电微粒由a点进入电磁场并刚好能沿ab直线向上运动 下列说法正确的是 a 微粒一定带负电b 微粒动能一定减小c 微粒的电势能一定增加d 微粒的机械能不变 解析微粒爱到竖直向下的重力 水平方向的电场力 垂直速度方向的洛伦兹力 其中重力和电场力是恒力 由于微粒沿直线运动 则可以判断出其受到的洛伦兹力也是恒定的 即该微粒是做匀速直线运动 动能不变 所以b项错误 如果该微粒带正电 则受到向右的电场力和向左下方的洛伦兹力 所以微粒受到的力不会平衡 故该微粒一定是带负电 a项正确 该微粒带负电 向左上方运动 所以电场力做正功 电势能一定是减小的 c项错误 因为重力势能增加 动能不变 所以该微粒的机械能增加 d项错误 答案a 3 设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场 如图所示 已知一离子在电场力和洛伦兹力的作用下 从静止开始自a点沿曲线acb运动 到达b点时速度为零 c点是运动的最低点 忽略重力 以下说法正确的是 a 该离子带负电荷b a点和b点位于不同高度c 离子在c点时速度最大d 离子到达b点时 将沿原曲线返回a点 解析因为离子由a运动到了b 由运动轨迹可判断离子带正电 选项a错误 到达b点时速度为零 说明电场力做功为零 所以a点和b点位于同一等势面上 即同一高度 选项b错误 由于洛伦兹力不做功 在运动过程中 到c点时电场力做功最多 因此离子在c点时速度最大 选项c正确 在b点对离子受力分析可知 离子将向右重复曲线运动 选项d错误 答案c 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 欲使粒子从两板间左侧飞出 射入的速度v应满足什么条件 1 判断上极板所带电荷的种类 并求两极板间的电势差 2 求匀强磁场的磁感应强度大小 6 如图所示 在xoy平面直角坐标系的第一象限有射线oa oa与x轴正方向夹角为30 oa与y轴所夹区域内有沿y轴负方向的匀强电场 其他区域存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场 有一质量为m 电荷量为q的带正电粒子 从y轴上的p点沿着x轴正方向以初速度v0射入电场 运动一段时间后经过q点垂直于射线oa进入磁场 经磁场偏转 过y轴正半轴上的m点再次垂直进入匀强电场 已知op h 不计粒子重力 求 基础过关 1 速度选择器 如图所示 1 平行板中电场强度e和磁感应强度b互相 这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来 所以叫做速度选择器 2 带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是 即v 考点二带电粒子在复合场中运动的实际应用 d 垂直 电场力等 于洛伦兹力 2 回旋加速器回旋加速器是利用 对电荷的加速作用和 对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子的装置 由于带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期t 与速率无关 所以只要交变电场的变化周期等于 就可以使粒子每次通过电场时都能得到加速 粒子通过d形金属盒时 由于金属盒的静电屏蔽作用 盒内空间的电场极弱 所以粒子只受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动 设d形盒的半径为r 则粒子获得的最大动能为 电场 磁场 粒子做圆周运动的周期 3 质谱仪质量为m 电荷量为q的粒子 从容器下方的小孔s1飘入电势差为u的加速电场 其初速度几乎为零 从s2射出电场时的速度v 然后经过s3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为b的匀强磁场中 最后打到照相底片d处 则s3与d的距离d 跟带电粒子 成反比 比荷的平方根 过关演练 1 回旋加速器的工作原理示意图如图所示 置于真空中的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忽略 磁感应强度为b的匀强磁场与盒面垂直 高频交流电频率为f 加速电压为u 若a处粒子源产生的质子质量为m 电荷量为 q 在加速器中被加速 且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响 则下列说法正确的是 a 质子被加速后的最大速度不可能超过2 rfb 质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压u成正比c 质子第2次和第1次经过两d形盒间狭缝后轨道半径之比为2 1d 不改变磁感应强度b和交流电频率f 该回旋加速器的最大动能不变 答案a 2 如图所示是质谱仪的工作原理示意图 带电粒子被加速电场加速后 进入速度选择器 速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为b和e 平板s上有可让粒子通过的狭缝p和记录粒子位置的胶片a1a2 平板s下方有磁感应强度为b0的匀强磁场 下列表述不正确的是 答案d 要点突破 要点粒子速度选择器 质谱仪 回旋加速器粒子速度选择器 质谱仪 回旋加速器等实际应用问题要重视物理模型意识的培养 善于把握模型的本质 理解原理 学会变通 例1 多选 质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具 它的构造原理如图所示 离子源s产生的各种不同正离子束 速度可看为零 经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场 到达记录它的照相底片p上 设离子在p上的位置到入口处s1的距离为x 可以判断 a 若离子束是同位素 则x越大 离子质量越大b 若离子束是同位素 则x越大 离子质量越小c 只要x相同 则离子质量一定相同d 只要x相同 则离子的比荷一定相同 答案ad 例2 多选 1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器 其原理如图所示 这台加速器由两个铜质d形盒d1 d2构成 其间留有空隙 下列说法正确的是 a 粒子由加速器的中心附近进入加速器b 粒子由加速器的边缘进入加速器c 粒子从磁场中获得能量d 粒子从电场中获得能量 解析粒子由加速器的中心附近进入加速器 从电场中获取能量 最后从加速器边缘离开加速器 选项a d正确 答案ad 精练题组 1 多选 如图所示是医用回旋加速器示意图 其核心部分是两个d形金属盒 两金属盒置于匀强磁场中 并分别与高频电源相连 现分别加速氘核 h 和氦核 he 下列说法中正确的是 a 它们的最大速度相同b 它们的最大动能相同c 它们在d形盒中运动的周期相同d 仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能答案ac 2 多选 如图所示为阿尔法磁谱仪的内部结构示意图 它曾由航天飞机携带升空 安装在阿尔法国际空间站中 用来探测宇宙射线 现假设一束由两种不同粒子组成的宇宙射线 恰好沿直线oo 通过正交的电场和磁场区域后进入匀强磁场b2 形成两条径迹 则下列说法中正确的是 a 粒子1进入磁场b2的速度小于粒子2的速度b 粒子1进入磁场b2的速度等于粒子2的速度c 粒子1的比荷大于粒子2的比荷d 粒子1的比荷小于粒子2的比荷 答案bc 3 多选 如图所示 一束正离子先后通过正交电场磁场区域 和匀强磁场区域 如果这束正离子流在区域 中不偏转 进入区域 后偏转半径又相同 则说明这些正离子具有相同的 a 电荷b 质量c 速度d 比荷 答案cd 4 多选 如图 带电平行板中有竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场 带电小球从光滑绝缘导轨上的a点自由滑下 经过轨道端点p进入板间 恰好沿水平方向做直线运动 现让小球从较低的b点开始自由滑下 经p点进入板间 在板间运动过程有 a 小球动