第53讲带电粒子在复合场中的运动（讲义）（原卷版）

第53讲带电粒子在复合场中的运动目录复习目标网络构建考点一带电粒子在组合场中的运动【夯基·必备基础知识梳理】知识点1带电粒子在组合场中运动分析思路知识点2常见的两类组合场问题【提升·必考题型归纳】考向1先电场后磁场问题考向2先磁场后电场问题考点二带电粒子在交变电磁场中的运动【夯基·必备基础知识梳理】知识点1交变场的常见类型知识点2分析带电粒子在交变场中运动问题的基本思路【提升·必考题型归纳】考向带电粒子在交变电磁场中的运动考点三带电粒子在叠加场中的运动【夯基·必备基础知识梳理】知识点1重力场、电场和磁场知识点2带电粒子在叠加场中的直线运动和圆周运动【提升·必考题型归纳】考向1带电粒子在叠加场中的直线运动考向2带电粒子在叠加场中的圆周运动真题感悟理解和掌握带电粒子在电磁组合场的基本规律。能够利用带电粒子在电磁组合场中的基本规律处理解决力电综合问题。考点要求考题统计考情分析带电粒子在电磁组合场中的运动2023年山东卷第17题2023年海南卷第13题2023年江苏卷第16题高考对带电粒子在复合场中的运动的考查非常频繁，大多以计算题中出现，并且一般作为高考试卷的压轴题出现，难度较大，也是高考复习的重点内容。考点一带电粒子在组合场中的运动知识点1带电粒子在组合场中运动分析思路1．带电粒子在组合场中运动的分析思路第1步：粒子按照时间顺序进入不同的区域可分成几个不同的阶段。第2步：受力分析和运动分析，主要涉及两种典型运动，如第3步中表图所示。第3步：用规律2．“电偏转”与“磁偏转”的比较垂直电场线进入匀强电场(不计重力)垂直磁感线进入匀强磁场(不计重力)受力情况电场力FE＝qE，其大小、方向不变，与速度v无关，FE是恒力洛伦兹力FB＝qvB，其大小不变，方向随v而改变，FB是变力轨迹抛物线圆或圆的一部分运动轨迹示例求解方法利用类平抛运动的规律求解：vx＝v0，x＝v0t，vy＝eq\f(qE,m)·t，y＝eq\f(1,2)·eq\f(qE,m)·t2偏转角φ满足：tanφ＝eq\f(vy,vx)＝eq\f(qEt,mv0)半径：r＝eq\f(mv,qB)周期：T＝eq\f(2πm,qB)偏移距离y和偏转角φ要结合圆的几何关系利用圆周运动规律讨论求解运动时间t＝eq\f(x,v0)t＝eq\f(φ,2π)T＝eq\f(φm,Bq)动能变化不变知识点2常见的两类组合场问题1.先电场后磁场(1)先在电场中做加速直线运动，然后进入磁场做圆周运动。如图甲、乙所示，在电场中利用动能定理或运动学公式求粒子刚进入磁场时的速度。(2)先在电场中做类平抛运动，然后进入磁场做圆周运动。如图丙、丁所示，在电场中利用平抛运动知识求粒子进入磁场时的速度。2.先磁场后电场对于粒子从磁场进入电场的运动，常见的有两种情况：(1)进入电场时粒子速度方向与电场方向相同或相反，如图甲所示，粒子在电场中做加速或减速运动，用动能定理或运动学公式列式。(2)进入电场时粒子速度方向与电场方向垂直，如图乙所示，粒子在电场中做类平抛运动，用平抛运动知识分析。考向1先电场后磁场问题1．如图所示，一个带正电的粒子，从静止开始经加速电压加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场中，偏转电压为，射出偏转电场时以与水平方向夹角为的速度进入金属板右侧紧邻的有界匀强磁场，虚线为磁场的左边界，场范围足够大，粒子经磁场偏转后又从磁场左边界射出，粒子进入磁场和射出磁场的位置之间的距离为，下列说法正确的是（）

A．只增大电压变小B．只减小电压变大C．只减小电压，距离变小D．只增大电压，距离变大2．如图所示，坐标系中，在的范围内存在足够大的匀强电场，方向沿y轴正方向，在的区域内分布有垂直于平面向里的匀强磁场。在处放置一垂直于y轴的足够大金属板，带电粒子打到板上即被吸收，如果粒子轨迹与板相切则刚好不被吸收。一质量为m、带电量为的粒子以初速度由点沿x轴正方向射入电场，第一次从点经过x轴，粒子重力不计。下列说法正确的是（

）A．匀强电场的电场强度B．粒子刚好不打在挡板上则C．要使粒子不打到挡板上，磁感应强度B应满足的条件为D．要使粒子不打到挡板上，磁感应强度B应满足的条件为考向2先磁场后电场问题3．如图所示，在xoy平面的第一象限内存在方向垂直纸面向外的匀强磁场，在第四象限内存在沿x轴负方向的匀强电场。质量为m、电荷量为+q的粒子①与②从y轴上的点P（0，l0）处同时以速率v0分别沿与y轴正方向和负方向成60°角射入磁场中，两粒子均垂直穿过x轴进入电场，最后分别从y轴上的M、N点（图中未画出）离开电场。两粒子所受重力及粒子间的相互作用均忽略不计,下列说法中正确的是（）A．匀强磁场的磁感应强度大小为B．粒子①与粒子②在磁场中运动的时间之比为2:1C．粒子①与粒子②在电场中运动的时间之比为2:1D．粒子①与粒子②在电场中运动的时间之比为4．如图所示，在xOy坐标系平面内，x轴上方有沿y轴正方向的匀强电场，x轴下方有垂直坐标系平面向里的匀强磁场，一电子，质量为m、电荷量为从图中坐标原点O处以与x轴负方向成角的速度沿坐标平面射入匀强磁场中，经磁场到达A点，再进入竖直向上的匀强电场中，结果恰好从O点回到磁场，不计电子的重力，则下列说法正确的是（）A．磁感应强度大小B．电场强度大小C．电子运动过程中最高点的坐标为D．电子从O点出发到下一次回到O点的时间考点二带电粒子在交变电磁场中的运动知识点1交变场的常见类型1.电场周期性变化，磁场不变。2.磁场周期性变化，电场不变。3.电场、磁场均周期性变化。知识点2分析带电粒子在交变场中运动问题的基本思路考向带电粒子在交变电磁场中的运动1．如图甲所示，ABCD是一长方形有界匀强磁场边界，磁感应强度按图乙规律变化，取垂直纸面向外为磁场的正方向，图中，一质量为m、所带电荷量为q的带正电粒子以速度v0在t＝0时从A点沿AB方向垂直磁场射入，粒子重力不计。则下列说法中正确的是（）A．若粒子经时间恰好垂直打在CD上，则磁场的磁感应强度B．若粒子经时间恰好垂直打在CD上，则粒子运动的半径大小C．若要使粒子恰能沿DC方向通过C点，则磁场的磁感应强度的大小（n＝1，2，3…）D．若要使粒子恰能沿DC方向通过C点，磁场变化的周期（n＝1，2，3…）2．某空间存在着一个变化的电场和一个变化的磁场，电场方向向右（如图甲中由B到C的方向），电场变化如图乙中E－t图像，磁感应强度变化如图丙中B－t图像。在A点，从t=1s（即1s末）开始，每隔2s，有一个相同的带电粒子（重力不计）沿AB方向（垂直于BC）以速度v射出，恰能击中C点，且粒子在AB间运动的时间小于1s，若，求：（1）图线上E0和B0的比值是多少？磁感应强度B的方向是怎样的？（2）若第1个粒子击中C点的时刻已知为（1＋Δt）s，那么第2个粒子击中C点的时刻是多少？考点三带电粒子在叠加场中的运动知识点1重力场、电场和磁场1．三种场的比较力的特点功和能的特点重力场大小：G＝mg方向：竖直向下重力做功与路径无关重力做功改变物体的重力势能电场大小：F＝qE方向：正电荷受力方向与场强方向相同，负电荷受力方向与场强方向相反电场力做功与路径无关W＝qU电场力做功改变电势能磁场大小：F＝qvB(v⊥B)方向：可用左手定则判断洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的动能2．关于是否考虑粒子重力的三种情况(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静电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、尘埃等一般应当考虑其重力。(2)在题目中有明确说明是否要考虑重力的，按题目要求处理。(3)不能直接判断是否要考虑重力的，在进行受力分析与运动分析时，要结合运动状态确定是否要考虑重力。知识点2带电粒子在叠加场中的直线运动和圆周运动1.带电粒子在叠加场中的直线运动(1)带电粒子在电场和磁场的叠加场中做直线运动，电场力和洛伦兹力一定相互平衡，因此可利用二力平衡解题。(2)带电粒子在电场、磁场、重力场的叠加场中做直线运动，则粒子一定处于平衡状态，因此可利用平衡条件解题。2.带电粒子在叠加场中的圆周运动(1)带电粒子做匀速圆周运动，隐含条件是必须考虑重力，且电场力和重力平衡。(2)洛伦兹力提供向心力和带电粒子只在磁场中做圆周运动解题方法相同。考向1带电粒子在叠加场中的直线运动1．如图所示，质量为m、电荷量为＋q的圆环可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中，不计空气阻力，现给圆环向右的初速度v0，在以后的运动过程中，圆环运动的速度—时间图像不可能是下列选项中的（）

A．

B．

C．

D．

2．如图所示，空间有一垂直纸面的磁感应强度为的匀强磁场，一质量为且足够长的绝缘木板静止在光滑水平面上，在木板右端无初速度放上一质量为、电荷量的滑块，滑块与绝缘木板之间的动摩擦因数为，滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力。时对滑块施加方向水平向左、大小为的恒力，取。则（）

A．木板和滑块一直做加速度为的匀加速运动B．滑块开始做匀加速直线运动，再做加速度增大的变加速运动，最后做速度为的匀速运动C．木板先做加速度为的匀加速运动，再做加速度减小的变加速运动，最后做匀速直线运动D．时滑块和木板开始发生相对滑动考向2带电粒子在叠加场中的圆周运动3．如图所示，在某空间同时存在着互相正交的匀强电场和匀强磁场，电场的方向竖直向下。一带电体a带负电，电量为，恰能静止于此空间的c点，另一带电体b也带负电，电量为，正在过a点的竖直平面内做半径为r的匀速圆周运动，结果a、b在c处碰撞并粘合在一起，关于a、b粘合一起后的运动性质下列说法正确的是（）A．向左做匀速直线运动B．顺时针继续做匀速圆周运动，半径为C．顺时针继续做匀速圆周运动，半径为D．因为有重力和电场力这样的恒力存在，故以上说法都不对4．如图所示，在地面附近有一范围足够大的互相正交的匀强电场和匀强磁场.磁感应强度为B。一质量为m、带电荷量为的带电微粒在此区域竖直平面内恰好做逆时针方向的、速度大小为v的匀速圆周运动.某时刻微粒运动到场中距地面高度为H的P点，速度与水平方向成45°，如图所示（重力加速度为g）（）A．电场强度的方向竖直向下B．磁感应强度方向水平并垂直纸面向外C．从P点运动到距地面最高点至少须经时间D．最高点距地面的高度为（2023年辽宁卷高考真题）如图，水平放置的两平行金属板间存在匀强电场，板长是板间距离的倍。金属板外有一圆心为O的圆形区域，其内部