专题三第3讲带电粒子在复合场中的运动.ppt

第3讲带电粒子在复合场中的运动 热点一带电粒子在组合场中的运动命题规律 带电粒子在组合场中的运动问题是近几年高考的重点 更是热点 分析近几年高考试题 该考点有以下命题规律 1 以计算题的形式考查 一般结合场的知识考查三种常见的运动规律 即匀变速直线运动 平抛运动及圆周运动 一般出现在试卷的压轴题中 2 偶尔也会对粒子通过大小或方向不同的电场或磁场区域时的运动进行考查 1 带电粒子第一次经过直线MON时速度的大小和方向 2 磁感应强度B的大小 3 A点的坐标 4 粒子从O点运动到A点总共所用的时间 解析 1 粒子第一次经过MON直线时速度仍为200m s 方向 沿x轴负方向 或水平向左 或与电场方向相同均正确 2 粒子进入电场后做匀减速直线运动 再反向做匀加速直线运动 以速度v0再次进入磁场中运动 第二次出磁场后垂直于电场方向进入电场 做类平抛运动 轨迹如图所示 带电粒子在组合场中运动的处理方法 1 分别研究带电粒子在不同场中的运动规律 在匀强磁场中做匀速圆周运动 利用圆周运动规律结合几何关系来处理 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 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 拓展训练1 2013 高考安徽卷 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 拓展训练2 2013 东北联合体模拟 在xOy平面内 M N分别为x y轴上的点 在第四象限和MON区域内存在理想边界的匀强磁场 磁感应强度为B MN为一个与x轴负方向成 45 的挡板 M点坐标为 d 0 如图所示 在第一象限x d的区域内存在匀强电场 电场强度为E 方向沿x轴负方向 在坐标原点O处有一粒子源 向y轴负方向发射速度不同的质量为m 电荷量为q的正电荷 不计重力 试求 1 在磁场中能做完整圆周运动的粒子的速度取值范围 2 若将MN挡板沿MN向第二象限延长至无限远 离开电场后恰好打不到挡板上的粒子的速度值 不考虑粒子间相互影响 答案 见解析 热点二带电粒子在叠加场中的运动命题规律 带电粒子在叠加场中的运动问题是近几年高考的热点 更是重点 分析近几年的高考试题 可发现对该考点的考查有以下命题规律 1 一般以计算题的形式考查 经常结合平抛运动 圆周运动及功能关系进行综合考查 一般作为压轴题出现 2 有时也会以在现代科技中的应用为背景 考查平衡问题 题型为选择题 2013 北京海淀区高三期末 如图所示 坐标系xOy在竖直平面内 x轴正方向水平向右 y轴正方向竖直向上 y 0的区域有垂直于坐标平面向外的匀强磁场 磁感应强度大小为B 在第一象限的空间内有与x轴平行的匀强电场 图中未画出 第四象限有与x轴同方向的匀强电场 第三象限也存在着匀强电场 图中未画出 一个质量为m 电荷量为q的带电微粒从第一象限的P点由静止释放 恰好能在坐标平面内沿与x轴成 30 角的直线斜向下运动 经过x轴上的a点进入y 0的区域后开始做匀速直线运动 经过y轴上的b点进入x 0的区域后做匀速圆周运动 最后通过x轴上的c点 且Oa Oc 已知重力加速度为g 空气阻力可忽略不计 求 1 第一象限电场的电场强度E1的大小及方向 2 带电微粒由P点运动到c点的过程中 其电势能的变化量大小 3 带电微粒从a点运动到c点所经历的时间 审题点拨 1 带电微粒由静止释放后恰能沿Pa直线运动 说明带电微粒在第一象限内受力具有什么特点 2 带电微粒进入第二象限后做匀速直线运动 其受力又具有什么特点 能确定电性吗 3 带电微粒进入第三象限做匀速圆周运动 重力和电场力应具有什么关系 1 对于带电粒子在叠加场中运动问题首先要分析清楚其运动特点和受力特点 2 要注意分析题目中的一些隐含条件 比如不计重力的带电粒子在正交的电场和磁场中做直线运动时 一定是匀速直线运动 在叠加场内做匀速圆周运动时 电场力与重力的合力一定为零 3 对于带电粒子在叠加场内的一般曲线运动问题 如类平抛 通常采用运动合成与分解的方法来处理 4 应用功能关系处理带电粒子在电场中运动问题时需特别注意重力 电场力和洛伦兹力做功的特点 拓展训练3 2013 高考重庆卷 单选 如图所示 一段长方体形导电材料 左右两端面的边长都为a和b 内有带电量为q的某种自由运动电荷 导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中 内部磁感应强度大小为B 当通以从左到右的稳恒电流I时 测得导电材料上 下表面之间的电压为U 且上表面的电势比下表面的低 由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为 C 拓展训练4 原创题 如图所示 xOy平面内半径为R的圆O 与y轴相切于坐标原点O 在该圆形区域内 有与y轴平行向下的匀强电场和垂直于圆面向外的匀强磁场 若只加匀强电场或只加匀强磁场 一个带负电的小球从原点O以一定的初速度沿x轴进入圆形区域 恰好做匀速直线运动 若电场和磁场都撤去 其他条件不变 该带电小球穿过圆形区域的时间恰好为做匀速直线运动穿过圆形区域时间的一半 重力加速度为g 求 1 小球的初速度 2 电场强度与磁感应强度的比值 3 若电场和磁场都存在 其他条件不变 那么 该带电小球穿过圆形区域的时间 答案 见解析 带电粒子在周期性变化的电磁场中的运动带电粒子在交变电磁场中的运动情况比较复杂 能综合考查考生的多种能力 因此有可能成为高考压轴题的命题点 答案 见解析 特别提醒 带电粒子在交变电场或磁场中的运动情况比较复杂 其运动情况不仅与交变的电场和磁场的变化规律有关 还与粒子进入场的时刻有关 一定要从粒子的受力情况分析入手 分析清楚粒子在不同时间间隔内的运动情况 1 粒子在交变电场中的运动若交变电压的变化周期远大于粒子穿越电场的时间或粒子穿越电场的时间极短可忽略时 则粒子在穿越电场的过程中 电场可看做匀强电场 2 粒子在交替出现的电磁场中的运动空间存在的电场或磁场是随时间周期性变化的 一般呈现 矩形波 的特点 带电粒子顺次历经不同特点的电场或磁场或叠加场 表现出 多过程 现象 分析时应该注意以下三点 仔细分析并确定各场的变化特点及相应的时间 其变化周期一般与粒子在电场或磁场中的运动周期相关联 有一定的联系 应抓住变化周期与运动周期之间的联系作为解题的突破口 必要时 可把粒子的运动过程还原成一个直观的运动轨迹草图进行分析 把粒子的运动分解成多个运动阶段分别进行处理 根据每一阶段上的受力情况确定粒子的运动规律 预测1 2013 泰州一模 如图甲所示 在光滑绝缘的水平桌面上建立一xOy坐标系 平面处在周期性变化的电场和磁场中 电场和磁场的变化规律如图乙所示 规定沿 y方向为电场强度的正方向 竖直向下为磁感应强度的正方向 在t 0时刻 一质量为10g 电荷量为 0 1C的带电金属小球自坐标原点O处 以v0 2m s的速度沿x轴正方向射出 已知