高考物理一轮复习 8.3 带电粒子在复合场中的运动课件 新课标.ppt

复合场是指电场 和重力场并存 或其中某两场并存 或分区域存在 从场的复合形式上一般可分为如下四种情况 相邻场 重叠场 交替场 交变场 第3讲带电粒子在复合场中的运动 磁场 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 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 静止 匀速直线运动 相等 相反 匀速圆周 非匀 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 温馨提示复合场中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 一般应考虑其重力 2 在题目中明确说明的按说明要求是否考虑重力 3 不能直接判断是否考虑重力的 在进行受力分析与运动分析时 要由分析结果确定是否考虑重力 1 如图8 3 1是磁流体发电机的原理示意图 金属板m n正对着平行放置 且板面垂直于纸面 在两板之间接有电阻r 在极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场 当等离子束 分别带有等量正 负电荷的离子束 从左向右进入极板时 下列说法中正确的是 n板的电势高于m板的电势 m板的电势高于n板的电势 r中有由b向a方向的电流 r中有由a向b方向的电流a b c d 解析本题考查洛伦兹力的方向的判断 电流形成的条件等知识点 根据左手定则可知正电荷向上极板偏转 负电荷向下极板偏转 则m板的电势高于n板的电势 m板相当于电源的正板 那么r中有由a向b方向的电流 答案c 2 如图8 3 2所示 有一混合正离子束先后通过正交的电场 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r相同 则它们一定具有相同的 a 动能b 质量c 电荷量d 比荷答案d 3 2012 南昌高三调研 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8 3 3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 带电小球一定做匀加速直线运动d 运动过程中 小球的机械能减少 解析本题考查带电体在复合场中的运动问题 由于重力方向竖直向下 空间存在磁场 且直线运动方向斜向下 与磁场方向相同 故不受磁场力作用 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 故机械能增大 选项d错误 答案c 4 如图8 3 4所示 在空间中存在垂直纸面向里的匀强磁场 其竖直边界ab cd的宽度为d 在边界ab左侧是竖直向下 场强为e的匀强电场 现有质量为m 带电量为 q的粒子 不计重力 从p点以大小为v0的水平初速度射入电场 随后与边界ab成45 射入磁场 若粒子能垂直cd边界飞出磁场 穿过小孔进入如图所示两竖直平行金属板间的匀强电场中减速至零且不碰到正极板 1 请画出粒子上述过程中的运动轨迹 并求出粒子进入磁场时的速度大小v 2 求匀强磁场的磁感应强度b 3 求金属板间的电压u的最小值 考点一带电粒子在分离复合场中的运动 电偏转 和 磁偏转 的比较 典例1 在竖直平面内 以虚线为界分布着如图8 3 5所示的匀强电场和匀强磁场 其中匀强电场的方向竖直向下 大小为e 匀强磁场的方向垂直纸面向里 磁感应强度大小为b 虚线与水平线之间的夹角为 45 一个带负电荷的粒子在o点以速度v0水平射入匀强磁场 已知带电粒子所带的电荷量为q 质量为m 重力忽略不计 电场 磁场区域足够大 求 1 带电粒子第1次通过虚线时距o点的距离 2 带电粒子从o点开始到第3次通过虚线时所经历的时间 3 带电粒子第4次通过虚线时距o点的距离 变式1 在如图8 3 6所示的空间坐标系中 y轴的左侧有一匀强电场 场强大小为e 场强方向与y轴负方向成30 y轴的右侧有一垂直纸面向里的匀强磁场 磁感应强度为b 未画出 现有一质子在x轴上坐标为x0 10cm处的a点 以一定的初速度v0第一次沿x轴正方向射入磁场 第二次沿x轴负方向射入磁场 回旋后都垂直于电场方向射入电场 最后又进入磁场 求 1 质子在匀强磁场中的轨迹半径r 2 质子两次在磁场中运动时间之比 3 若第一次射入磁场的质子经电场偏转后 恰好从第二次射入磁场的质子进入电场的位置再次进入磁场 试求初速度v0和电场强度e 磁感应强度b之间需要满足的条件 解析 1 质子两次运动的轨迹如图所示 由几何关系可知x0 rsin30 解得r 2x0 20cm 考点二带电粒子在叠加复合场中的运动带电粒子 体 在复合场中的运动问题求解要点 1 受力分析是基础 在受力分析时是否考虑重力必须注意题目条件 2 运动过程分析是关键 在运动过程分析中应注意物体做直线运动 曲线运动及圆周运动 类平抛运动的条件 3 构建物理模型是难点 根据不同的运动过程及物理模型选择合适的物理规律列方程求解 1 小球带何种电荷 2 小球在半圆轨道部分克服摩擦力所做的功 3 小球从f点飞出时磁场同时消失 小球离开f点后的运动轨迹与直线ac 或延长线 的交点为 g点未标出 求g点到d点的距离 答案见解析 变式2 2011 广东六校联合体联考 如图8 3 8所示 竖直平面内有相互垂直的匀强电场和匀强磁场 电场强度e1 2500n c 方向竖直向上 磁感应强度b 103t 方向垂直纸面向外 有一质量m 1 10 2kg 电荷量q 4 10 5c的带正电小球自o点沿与水平线成45 角以v0 4m s的速度射入复合场中 之后小球恰好从p点进入电场强度e2 2500n c 方向水平向左的第二个匀强电场中 不计空气阻力 g取10m s2 求 1 o点到p点的距离s1 2 带电小球经过p点的正下方q点时与p点的距离s2 11 带电粒子 在复合场中运动的轨迹 模型 1 模型概述当带电粒子沿不同方向进入电场或磁场时 粒子做各种各样的运动 形成了异彩纷呈的轨迹图形 对带电粒子而言 受力决定运动 运动描绘轨迹 轨迹涵盖方程 究竟如何构建轨迹模型 至关重要 首先应根据电场力和洛伦兹力的性质找出带电粒子所受到的合力 再由物体做曲线运动的条件确定曲线形式 2 模型分类 拱桥 型 典例1 如图8 3 9所示 在x轴上方有垂直于xoy平面的匀强磁场 磁感应强度为b 在x轴下方有沿y轴负方向的匀强电场 场强为e 一质量为m 电荷量为q的粒子从坐标原点o沿着y轴正方向射出 射出之后 第三次到达x轴时 它与o点的距离为l 求此时粒子射出时的速度和运动的总路程 重力不计 心连心 型 典例2 如图8 3 10所示 一理想磁场以x轴为界 下方磁场的磁感应强度是上方磁感应强度b的两倍 今有一质量为m 电荷量为 q的粒子 从原点o沿y轴正方向以速度v0射入磁场中 求此粒子从开始进入磁场到第四次通过x轴的位置和时间 重力不计 葡萄串 型 典例3 如图8 3 11甲所示 互相平行且水平放置的金属板 板长l 1 2m 两板距离d 0 6m 两板间加上u 0 12v恒定电压及随时间变化的磁场 磁场变化规律如图8 3 11乙所示 规定磁场方向垂直纸面向里为正 当t 0时 有一质量为m 2 0 10 6kg 电荷量q 1 0 10 4c的粒子从极板左侧以v0 4 0 103m s沿与两板平行的中线oo 射入 取g 10m s2 3 14 求 1 粒子在0 1 0 10 4s内位移的大小x 2 粒子离开中线oo 的最大距离h 3 粒子在板间运动的时间t 4 画出粒子在板间运动的轨迹图 1 2011 大纲全国卷 25 如图8 3 12所示 与水平面成45 角的平面mn将空间分成 和 两个区域 一质量为m 电荷量为q q 0 的粒子以速度v0从平面mn上的p0点水平向右射入 区 粒子在 区运动时 只受到大小不变 方向竖直向下的电场作用 电场强度大小为e 在 区运动时 只受到匀强磁场的作用 磁感应强度大小为b 方向垂直于纸面向里 求粒子首次从 区离开时到出发点p0的距离 粒子的重力可以忽略 2 2011 安徽卷 23 如图8 3 13所示 在以坐标原点o为圆心 半径为r的半圆形区域内 有相互垂直的匀强电场和匀强磁场 磁感应强度为b 磁场方向垂直于xoy平面向里 一带正电的粒子 不计重力 从o点沿y轴正方向以某一速度射入 带电粒子恰好做匀速直线运动 经t0时间从p点射出 1 求电场强度的大小和方向 答案见解析 3 2011 重庆卷 25 某仪器用电场和磁场来控制电子在材料表面上方的运动 如图8 3 14所示 材料表面上方矩形区域pp n n充满竖直向下的匀强电场 宽为d 矩形区域nn m m充满垂直纸面向里的匀强磁场 磁感应强度为b 长为3s 宽为s nn 为磁场与电场之间的