带电粒子运动

1、第八章 磁场专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动考点梳理考点梳理考纲解读考纲解读1 1、能分析计算带点粒子在复合场中的运动。、能分析计算带点粒子在复合场中的运动。2 2、能够解决速度选择器、磁流体发电机、质、能够解决速度选择器、磁流体发电机、质谱仪等实际应用问题谱仪等实际应用问题题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动考点梳理考点梳理一、复合场一、复

2、合场1、复合场的分类、复合场的分类 （1）叠加场：电场、）叠加场：电场、磁场磁场、重力、重力场共存，或者某两场共存场共存，或者某两场共存 （2）组合场：电场与磁场各位于）组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠。或相邻、一定的区域内，并不重叠。或相邻、或在同一区域内电场磁场或在同一区域内电场磁场交替交替出现出现题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动2、三种场的比较、三种场的比较项目项目名称名称力的特点力的特点功和能的特点功和能的特点重力场重力场大小：大小：Gmg方向：方向：竖直向下竖直向下重力做

3、功与重力做功与路径路径无关无关重力做功改变物体的重力做功改变物体的重重力势能力势能静电场静电场大小：大小：FqE方向：方向：a.正电荷受力方向与场正电荷受力方向与场强方向强方向相同相同b.负电荷受力方向与场强方向负电荷受力方向与场强方向相反相反电场力做功与电场力做功与路径路径无关无关WqU电场力做功改变电场力做功改变电势能电势能磁场磁场洛伦兹力洛伦兹力FqvB方向可用方向可用左手左手定则判断定则判断洛伦兹力不做功，不改洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的变带电粒子的动能动能考点梳理考点梳理题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带

4、电粒子在复合场中的运动三、带电粒子在复合场中的运动形式三、带电粒子在复合场中的运动形式1 静止或匀速直线运动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，将当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于处于静止静止状态或做状态或做匀速直线运动匀速直线运动2 匀速圆周运动匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小当带电粒子所受的重力与电场力大小相等相等，方，方向向相反相反时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在时，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垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周匀速圆周运动运动考点梳理考点梳理题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模

5、拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动3 较复杂的曲线运动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直线上，粒子做初速度方向不在同一直线上，粒子做非匀非匀变速曲线变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线线4 分阶段运动分阶段运动带电粒子可能依次通过几个情况不同的组合场区域，带电粒子可能依次通过几个情况不同的组合场区域，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同的运

6、动阶段组成考点梳理考点梳理题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动1 1、质谱仪、质谱仪课堂探究课堂探究 带电粒子在复合场中运动的应用事例带电粒子在复合场中运动的应用事例(1)构造：如图构造：如图5所示，由粒子源、加速电场、偏转磁所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成场和照相底片等构成题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理原理：粒子由静止被加速电场加

7、速，根据动能定理可得关系式可得关系式 粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式运动，根据牛顿第二定律得关系式由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、径、 粒子质量、比荷粒子质量、比荷考点梳理考点梳理题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动质谱仪原理的理解质谱仪原理的理解如图如图3所示是质谱仪的工作原理示意图带电粒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

8、速度选择器内相互正交的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匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和和E.平板平板S上有可让粒子通过的上有可让粒子通过的狭缝狭缝P和记录粒子位置的胶片和记录粒子位置的胶片A1A2.平板平板S下方有磁感应强度为下方有磁感应强度为B0的的匀强磁场下列表述正确的是匀强磁场下列表述正确的是A质谱仪是分析同位素的重要工具质谱仪是分析同位素的重要工具 B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过狭缝能通过狭缝P的带电粒子的速率等于的带电粒子的速率等于E/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝粒子打在胶片

9、上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小粒子的比荷越小ABC考点梳理考点梳理题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动2、回旋加速器、回旋加速器(1)构造：如图构造：如图6所示，所示，D1、D2是半圆形金属盒，是半圆形金属盒，D形盒形盒的缝隙处接交流电源，的缝隙处接交流电源，D形盒处于匀强磁场中形盒处于匀强磁场中题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动(2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，原理：交流电的周

10、期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙，形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速次地加速由由得得可见粒子获得的最大动能由磁感应强度可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和和D形盒形盒 半半径径r决定，与加速电压无关决定，与加速电压无关特别提醒这两个实例都应用了带电粒子在电场中特别提醒这两个实例都应用了带电粒子在电场中加速、在磁场中偏转加速、在磁场中偏转(匀速圆周运动匀速圆周运动)的原理的原理考点梳理考点梳理题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科

11、素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动回旋加速器原理的理解回旋加速器原理的理解劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图所示置于高真空中的工作原理示意图如图所示置于高真空中的D形金属盒半径为形金属盒半径为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为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为 f，加速电压为，加速电压为U.若若A处粒子源产生的质子质量为处粒子源产生的质子质量为m、电荷量为、电荷量为q，在加速器

12、，在加速器中被加速，中被加速， 且加速过且加速过 程中不考虑相对论效应和重力的影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质子被加速后的最大速度不可能超过2R fB质子离开回旋加速器时的最大动能与质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压加速电压U成正比成正比C质子第质子第2次和第次和第1次经过两次经过两D形盒间狭缝形盒间狭缝后轨道半径之比为后轨道半径之比为2 1D不改变磁感应强度不改变磁感应强度B和交流电频率和交流电频率 f ，该回旋加速器的最大动能不变该回旋加速器的最大动能不变AC考点梳理考点梳理题组扣点题组扣点课堂探究课

13、堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动3、速度选择器、速度选择器(1)平行板中电场强度平行板中电场强度E和磁感应强度和磁感应强度B互相垂直这种装互相垂直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器(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是考点梳理考点梳理题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动4、磁流体发电机、磁流体发电

14、机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能(2)根据左手定则，如图中的根据左手定则，如图中的B是发电机正极是发电机正极(3)磁流体发电机两极板间的距离为磁流体发电机两极板间的距离为L，等离子体速度为，等离子体速度为v，磁场的，磁场的磁感应强度为磁感应强度为B，则由则由得两极板间能达到的最大电势差得两极板间能达到的最大电势差题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动5 5、电磁流量计、电磁流量计圆形导管直径为圆形导管直径为d，用非磁性材料

15、制成，导电液体在管中向左流动，用非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷导电液体中的自由电荷(正、负正、负 离子离子)，在洛伦兹力的作用下横向偏，在洛伦兹力的作用下横向偏转，转，a、b间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定，间的电势差就保持稳定，考点梳理考点梳理题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动考点一带电粒子在叠加场中的运动考点一带电粒子在叠加场中的运动1带电粒子

16、在叠加场中无约束情况下的运动情况分类带电粒子在叠加场中无约束情况下的运动情况分类课堂探究课堂探究 题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动2带电粒子在叠加场中有约束情况下的运动带电粒子在叠加场中有约束情况下的运动课堂探究课堂探究 题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动考虑粒子的重力考虑粒子的重力电场力、洛伦兹力、电场力、洛伦兹力、重力三力平衡重力三力平衡电场力和重力二力平衡电场力和重力二力平衡刚好运动半个周期刚

17、好运动半个周期继续做匀速圆周运动继续做匀速圆周运动课堂探究课堂探究 图图12题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动mgF 洛洛E1qE2qmg课堂探究课堂探究 题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动mgF 洛洛E1qE2qmg课堂探究课堂探究 v1v2vM题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动课堂探究课堂探究 图图1

18、3题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动课堂探究课堂探究 图图13题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动 图图13课堂探究课堂探究 题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动技巧点拨技巧点拨带电粒子带电粒子( (带电体带电体) )在叠加场中运动的分析方法在叠加场中运动的分析方法1 1弄清叠加场的组成弄清叠加场的组成2 2

19、进行受力分析进行受力分析3 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 4画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律(1)(1)当带电粒子在叠加场中做匀速直线运动时，根据受力平衡列方当带电粒子在叠加场中做匀速直线运动时，根据受力平衡列方程求解程求解(2)(2)当带电粒子在叠加场中做匀速圆周运动时，应用牛顿定律结合当带电粒子在叠加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圆周运动规律求解(3)(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当带电粒子做复杂曲线运动时，一

20、般用动能定理或能量守恒定律求解律求解(4)(4)对于临界问题，注意挖掘隐含条件对于临界问题，注意挖掘隐含条件5 5记住三点：记住三点：(1)(1)受力分析是基础；受力分析是基础；(2)(2)运动过程分析是关键；运动过程分析是关键；(3)(3)根据不同的运动过程及物理模型，选择合适的定理列方程求根据不同的运动过程及物理模型，选择合适的定理列方程求解课堂探究课堂探究 题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动考点二考点二 带电粒子在组合场中运动带电粒子在组合场中运动1 近几年各省市的高考题在这里的命题情景大都

21、是组合场模型，近几年各省市的高考题在这里的命题情景大都是组合场模型，或是一个电场与一个磁场相邻，或是两个或多个磁场相邻或是一个电场与一个磁场相邻，或是两个或多个磁场相邻2 分析过程应该注意分析过程应该注意（1）解题时要弄清楚场的性质、场的方向、强弱、范解题时要弄清楚场的性质、场的方向、强弱、范围，粒子的围，粒子的电性，带正电还是带负电电性，带正电还是带负电等等（2）要进行正确的受力分析，确定带电粒子的运动状态要进行正确的受力分析，确定带电粒子的运动状态（3）分析带电粒子的运动过程，画出运动轨迹是解题的关键分析带电粒子的运动过程，画出运动轨迹是解题的关键课堂探究课堂探究 题组扣点题组扣点课堂探究

22、课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动1 1先电场后磁场模型先电场后磁场模型图图14 图图15课堂探究课堂探究 题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动图图16图图17课堂探究课堂探究 题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动2先磁场后电场模型先磁场后电场模型图图18图图19课堂探究课堂探究 题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养

23、培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动例例1、如图所示，在平面直角坐标系如图所示，在平面直角坐标系xOy内，第一象限内内，第一象限内有沿有沿-y轴方向的匀强电场，第四象限有垂直于纸面向外的轴方向的匀强电场，第四象限有垂直于纸面向外的匀强磁场。现有一质量为匀强磁场。现有一质量为m，带电荷量为，带电荷量为+q的粒子以初速的粒子以初速度度v0沿沿-x轴方向从坐标为（轴方向从坐标为（3L，L）的）的P点开始运动，接点开始运动，接着进人磁场后由坐标原点着进人磁场后由坐标原点O射出，射出时速度方向与射出，射出时速度方向与y轴轴正方向夹角为正方向夹角为45，不计重力

24、，求：，不计重力，求：（1）粒子射出时的速度）粒子射出时的速度v，（2）电场强度）电场强度E的大小，的大小，（3）粒子从）粒子从P点运动到点运动到O点点所用的时间。所用的时间。学科素养培养学科素养培养题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动方法点拨方法点拨带电粒子在组合场中的运动的分析方法带电粒子在组合场中的运动的分析方法轨迹轨迹带电粒子在组合场中的运动带电粒子在组合场中的运动明确场的分布、电荷性质明确场的分布、电荷性质场的性质、方向、范围场的性质、方向、范围正电荷、负电荷正电荷、负电荷电场电场交界交界

25、磁场磁场受力分析受力分析入场方向入场方向运动情况运动情况跨界速度跨界速度方向和大小方向和大小时间时间受力分析受力分析圆心确定圆心确定半径求解半径求解求求 解解分解速度分解速度找角度找角度牛顿第二定律牛顿第二定律运动学公式运动学公式运动合成分解运动合成分解功能关系功能关系圆周运动公式圆周运动公式牛顿第二定律牛顿第二定律几何关系几何关系临界、极值临界、极值题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动例例2、如图所示，一个质量为如图所示，一个质量为m、电荷量为、电荷量为q的正离子，在的正离子，在D处沿图示方向以一

26、定的速度射入磁感应强度为处沿图示方向以一定的速度射入磁感应强度为B的匀强的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里结果离子正好从距磁场中，磁场方向垂直纸面向里结果离子正好从距A点点为为d的小孔的小孔C沿垂直于电场方向进入匀强电场，此电场方沿垂直于电场方向进入匀强电场，此电场方向与向与AC平行且向上，最后离子打在平行且向上，最后离子打在G处，而处，而G处距处距A点点2d(AGAC)不计离子重力，离子运动轨迹在纸内求：不计离子重力，离子运动轨迹在纸内求：(1)此离子在磁场中做圆周运动的半径此离子在磁场中做圆周运动的半径 r；(2)离子从离子从D处运动到处运动到G处所需时间；处所需时间；(3)离子到达离子到

27、达G处时的动能处时的动能学科素养培养学科素养培养题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动学科素养培养学科素养培养图图20题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动审题与关联审题与关联解题切入点解题切入点 明情景、析过程明情景、析过程 学科素养培养学科素养培养题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动理思路、画轨迹理思路、画轨迹

28、 巧布局，详解析巧布局，详解析 学科素养培养学科素养培养题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动学科素养培养学科素养培养60题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动学科素养培养学科素养培养题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动学科素养培养学科素养培养图图21题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟

29、高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动学科素养培养学科素养培养图图21题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动学科素养培养学科素养培养题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动学科素养培养学科素养培养题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动高考模拟高考模拟高考题组12模拟题组34图图22题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动高考题组12模拟题组34高考模拟高考模拟图图22题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动专题八带电粒子在复合场中的运动高考模拟高考模拟高考题组12模拟题组34图图23题组扣点题组扣点课堂探究课堂探究学科素养培养学科素养培养高考模拟高考模拟专题八带电粒子在复合场中的运动