2027届新高考物理热点精准复习：带电粒子在叠加场中的运动

2027届新高考物理热点精准复习带电粒子在叠加场中的运动学习目标:1.了解叠加场的特点,会处理带电粒子在叠加场中的运动问题。2.掌握带电粒子在交变电、磁场中运动的解题思路和处理方法。3.会处理带电粒子在匀强磁场中的螺旋线运动和叠加场中的旋进运动。4.掌握带电粒子在立体空间中的运动的解题思路和处理方法。考点一带电粒子在叠加场中的运动1.叠加场电场、磁场、重力场共存,或其中某两场共存。2.带电粒子在叠加场中常见的几种运动形式运动性质受力特点方法规律匀速直线运动粒子所受合力为0平衡条件匀速圆周运动除洛伦兹力外,另外两力的合力为零:qE=mg牛顿第二定律、圆周运动的规律较复杂的曲线运动除洛伦兹力外,其他力的合力既不为零,也不与洛伦兹力等大反向动能定理、能量守恒定律3.三种场的比较

场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=qEd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4.“三步”解决问题

考向1

重力场与磁场的叠加典例1

如图所示,一个绝缘且内壁光滑的环形细圆管,固定于竖直平面内,环的半径为R(比细管的内径大得多),在圆管的最低点有一个直径略小于细管内径的带正电小球处于静止状态,小球的质量为m,带电荷量为q,重力加速度为g。空间存在一磁感应强度大小未知(不为零),方向垂直于环形细圆管所在平面且向里的匀强磁场。

B

考向3

电场、磁场与重力场的三场叠加典例3

(2025南通名校联盟联考)如图所示,在竖直平面内的直角坐标系xOy中,第四象限内有垂直坐标平面向里的匀强磁场和沿x轴正方向的匀强电场,磁感应强度大小为B,电场强度大小为E。第一象限中有沿y轴正方向的匀强电场(电场强度大小未知)及某未知矩形区域内有垂直坐标平面向里的匀强磁场(磁感应强度大小也为B)。一个带电小球从图中y轴上的M点,沿与x轴成θ=45°角斜向上做匀速直线运动,由x轴上的N点进入第一象限并立即在矩形磁场区域内做匀速圆周运动,离开矩形磁场区域后垂直打在y轴上的P点(图中未标出),已知O、N点间的距离为L,重力加速度大小为g(取sin22.5°=0.4,cos22.5°=0.9)。求:(1)小球所带电荷量与质量的比值和第一象限内匀强电场的大小;(2)矩形匀强磁场区域面积S的最小值;(3)小球从M点运动到P点所用的时间。

考点二带电粒子的螺旋线运动和旋进运动考向1

带电粒子的螺旋线运动和旋进运动空间中匀强磁场的分布是三维的,带电粒子在磁场中的运动情况可以是三维的。现在主要讨论两种情况:1.空间中只存在匀强磁场,当带电粒子的速度方向与磁场的方向不平行也不垂直时,带电粒子在磁场中就做螺旋线运动。这种运动可分解为平行于磁场方向的匀速直线运动和垂直于磁场平面的匀速圆周运动。2.空间中的匀强磁场和匀强电场(或重力场)平行时,带电粒子在一定条件下就可以做旋进运动,这种运动可分解为平行于磁场方向的匀变速直线运动和垂直于磁场平面的匀速圆周运动。

甲乙D

考向2

带电粒子在立体空间中的偏转分析带电粒子在立体空间中的运动时,要发挥空间想象力,确定粒子在空间的位置关系。带电粒子依次通过不同的空间,运动过程分为不同的阶段,只要分析出每个阶段上的运动规律,再利用两个空间交界处粒子的运动状态和关联条件即可解决问题。有时需要将粒子的运动分解为两个互相垂直的平面内的运动(比如螺旋线运动和旋进运动)来求解。典例5

如图所示,在空间直角坐标系Oxyz内的正方体OABC-O1A1B1C1区域,棱长为2L。一个粒子源固定在底面OABC的中心M点,能在