高考物理 专题精解 7 带电粒子在复合场中的运动课件.ppt

2016年高考物理专题精解 7 带电粒子在复合场中的运动 一 带电粒子在区域性 组合场 中的运动1 组合场指电场 磁场和重力场有两种场同时存在 但各位于一定的区域内并不重叠 且带电粒子在一个场中只受一种场力的作用 2 对 组合场 问题的处理要点 1 根据区域 运动情况的不同 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 2 联系不同阶段运动的物理量是速度 因此确定带电粒子在场区边界的速度 包括大小和方向 是解决该类问题的关键 二 带电粒子在叠加场中的运动类型和规律分析如表所示 考点一 带电粒子在区域组合场中的运动 典例 扭摆器是同步辐射装置中的插入件 能使粒子的运动轨迹发生扭摆 其简化模型如图所示 两处的条形匀强磁场区边界竖直 相距为l 磁场方向相反且垂直于纸面 一质量为m 电荷量为 q 重力不计的粒子 从靠近平行板电容器mn板处由静止释放 极板间电压为u 粒子经电场加速后平行于纸面射入 区 射入时速度与水平方向的夹角 30 1 当 区宽度l1 l 磁感应强度大小b1 b0时 粒子从 区右边界射出时速度与水平方向夹角也为30 求b0及粒子在 区运动的时间t 思路探究 1 平行板电容器的作用是什么 带电粒子在磁场中做什么运动 答案 使粒子得到射入磁场确定的速度 匀速圆周运动 2 若 区宽度l2 l1 l 磁感应强度大小b2 b1 b0 求粒子在 区的最高点与 区的最低点之间的高度差h 思路探究 2 若要求粒子能返回 区 粒子在 区的轨迹应满足什么条件 答案 满足的临界条件是轨迹与 区右边界相切 3 若l2 l1 l b1 b0 为使粒子能返回 区 求b2应满足的条件 带电粒子在区域组合场中运动的分析方法 1 要清楚场的性质 方向 强弱 范围等 2 带电粒子依次通过不同场区时 由受力情况确定粒子在不同区域的运动情况 一般在磁场中做圆周运动 在电场中做加速直线或类平抛运动 3 正确地画出粒子的运动轨迹图 4 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 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的关系 上一个区域的末速度往往是下一个区域的初速度 带电粒子在区域组合场中的运动如图所示装置中 区域 和 中分别有竖直向上和水平向右的匀强电场 电场强度分别为e和e 2 区域内有垂直纸面向外的匀强磁场 磁感应强度为b 一质量为m 带电荷量为q的带负电粒子 不计重力 从左边界o点正上方的m点以速度v0水平射入电场 经水平分界线op上的a点与op成60 角射入 区域的磁场 并垂直竖直边界cd进入 区域的匀强电场中 求 1 粒子在 区域匀强磁场中运动的轨道半径 2 o m间的距离 3 粒子从m点出发到第二次通过cd边界所经历的时间 考点二 带电粒子在交替组合场中的运动 典例 如图所示 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 电场强度为e 方向沿x轴负方向 匀强磁场方向垂直于xoy平面 一带负电的粒子 不计重力 从p 0 r 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 经时间t0从o点射出 1 求匀强磁场的大小和方向 带电粒子在交替组合场中运动问题的分析方法 1 根据题意寻找两种场之间的关系 表达式或方向关系 2 明确电场或磁场单独存在时带电粒子的受力情况及运动情况 正确地画出带电粒子的运动轨迹 3 根据不同的运动选择相应的物理规律建立方程 必要时找出与之对应的几何关系并列式 2 如果只让电场存在 请计算荧光屏上出现的所有亮点的位置坐标 答案 见解析 考点三 带电粒子在叠加场中的运动 典例 思路探究 1 粒子在匀速直线运动过程中受几个力作用 答案 3个 重力 电场力和洛伦兹力 答案 1 2m s方向与x轴成60 角斜向上 答案 2 1 0n c方向竖直向上 2 带电粒子在xoy平面内做匀速圆周运动时电场强度的大小和方向 思路探究 2 粒子能够做匀速圆周运动的条件是什么 答案 重力与电场力平衡 3 若匀速圆周运动时恰好未离开第 象限 x轴上入射点p的位置应满足何条件 思路探究 3 粒子未离开第 象限的临界条件是什么 答案 圆周运动轨迹恰好与坐标轴相切 答案 3 入射点p离o点距离至少为0 27m 带电粒子在复合场中运动的分析方法 1 带电粒子运动类型及受力条件归纳 2 分析粒子经过复合场时的受力和运动情况并画出运动轨迹 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 特别注意临界状态或隐含条件的挖掘 应以题目中的 恰好 最大 最高 至少 等词语为突破口 并根据临界条件列出辅助方程 带电粒子在叠加场中的运动如图所示 位于竖直平面内的坐标系xoy 在其第三象限空间有垂直于纸面向外的匀强磁场 磁感应强度大小为b 0 5t 还有沿x轴负方向的匀强电场 电场强度大小为e 2n c 在其第一象限空间有沿y轴负方向的 电场强度大小也为e的匀强电场 并在y h 0 4m的区域有磁感应强度也为b的垂直于纸面向里的匀强磁场 一个带电荷量为q的油滴从图中第三象限的p点得到一初速度 恰好能沿po做匀速直线运动 po与x轴负方向的夹角为 45 并从原点o进入第一象限 已知重力加速度g 10m s2 求 1 油滴在第三象限运动时受到的重力 电场力 洛伦兹力三力的大小之比 并指出油滴带何种电荷 2 油滴在p点得到的初速度大小 3 油滴在第一象限运动的时间 考点四带电粒子在周期性变化的电 磁场中的运动 解决带电粒子在周期性变化的电 磁场中运动问题 三步走 3 若紧贴板右侧建立xoy坐标系 在坐标系第 象限某区域内存在一个方向垂直于坐标平面的圆形匀强磁场区域 能使在 2 中情景下所有粒子经过磁场偏转后都会聚于p 2d 2d 点 求此圆形磁场的最小面积及对应磁感应强度b的大小 带电粒子在组合场中的运动问题 2 若粒子运动轨迹与小圆相切 求 区磁感应强度的大小 答案 3 5 5 d 评分细则 共20分 其中 每式2分 其余每式1分 失分警示 1 在第 2 问中错误地认为与小圆相切只有外切一种形式 3 不能熟练应用