2027届新高考物理热点精准复习带电粒子在组合场和交变电磁场中的运动

2027届新高考物理热点精准复习带电粒子在组合场和交变电磁场中的运动【学习目标】1.掌握带电粒子在组合场和交变电磁场中的受力特点与运动规律,理解周期性运动的条件与特征。2.能分段分析粒子在复合场中的复杂运动(如摆线运动、周期性往返),综合运用动力学与能量观点解决问题。考点一带电粒子在组合场中的运动1.组合场:电场与磁场各位于一定的区域内,并不重叠,或在同一区域,电场、磁场交替出现。2.磁场与磁场的组合磁场与磁场的组合问题,实质就是两个有界磁场中的圆周运动问题,带电粒子在两个磁场中的速度大小相同,但轨迹半径和运动周期往往不同。解题时要充分利用两段圆弧轨迹的衔接点与两圆心共线的特点,进一步寻找边角关系。3.电场与磁场的组合(1)先电场后磁场的几种常见情形。①带电粒子先在匀强电场中做匀加速直线运动,然后垂直于磁场方向进入匀强磁场做匀速圆周运动,如图甲。②带电粒子先在匀强电场中做类平抛运动,然后垂直于磁场方向进入匀强磁场做匀速圆周运动,如图乙。(2)先磁场后电场的几种常见情形。运动示意图电场中的运动情境适用规律粒子速度方向与电场方向平行而做加速或减速直线运动动能定理、牛顿运动定律结合运动学公式粒子速度方向与电场方向垂直而做类平抛运动平抛运动知识,运动的合成与分解粒子速度方向与电场方向成一定角度(非直角)而做类斜抛运动斜抛运动知识,运动的合成与分解4.分析思路(1)画运动轨迹:根据受力分析和运动学分析,大致画出带电粒子的运动轨迹图。(2)找关键点: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。(3)划分过程:将带电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。[例1]【磁场和磁场的组合】(多选)(2025·四川卷,10)如图所示,Ⅰ区有垂直于纸面向里的匀强磁场,其边界为正方形;Ⅱ区有垂直于纸面向外的匀强磁场,其外边界为圆形,内边界与Ⅰ区边界重合;正方形与圆形中心同为O点。Ⅰ区和Ⅱ区的磁感应强度大小之比为4∶1。一带正电的粒子从Ⅱ区外边界上a点沿正方形某一条边的中垂线方向进入磁场,一段时间后从a点离开。取sin37°=0.6,则带电粒子(

)A.在Ⅰ区的轨迹圆心不在O点B.在Ⅰ区和Ⅱ区的轨迹半径之比为1∶2C.在Ⅰ区和Ⅱ区的轨迹长度之比为127∶37D.在Ⅰ区和Ⅱ区的运动时间之比为127∶148AD[例2]【先磁场后电场】

(多选)(2025·河北卷,10)如图,真空中两个足够大的平行金属板M、N水平固定,间距为d,M板接地。M板上方整个区域存在垂直于纸面向里的匀强磁场。M板O点处正上方P点有一粒子源,可沿纸面内任意方向发射比荷、速度大小均相同的同种带电粒子。当发射方向与OP的夹角θ=60°时,粒子恰好垂直穿过M板Q点处的小孔。已知OQ=3L,初始时两板均不带电,粒子碰到金属板后立即被吸收,电荷在金属板上均匀分布,金属板电荷量可视为连续变化,不计金属板厚度、粒子重力及粒子间的相互作用,忽略边缘效应。BD(1)粒子运动到P点射入电场的速度大小和第一象限内电场强度的大小;(2)第四象限内磁感应强度的大小;(3)粒子从P点运动到b点所经历的时间。[例4]【先后多次进入电场、磁场】(2025·贵州黔东南阶段检测)如图所示,在第一象限存在垂直于x轴向上的匀强电场,在x轴下方有垂直于xOy平面向外的匀强磁场,电场强度大小为E,磁感应强度大小为B,一负粒子的质量为m、电荷量为q,从坐标原点沿y轴负半轴以速度v开始运动,不计粒子受到的重力,求:(1)粒子纵坐标的最大值ym;(2)粒子第5次经过x轴正半轴时运动的总时间t;(3)粒子第n次经过x轴正半轴时运动的总路程s。“五步”突破带电粒子在组合场中的运动问题方法点拨考点二带电粒子在交变电磁场中的运动解决带电粒子在交变电磁场中的运动问题的基本思路(1)判断带电粒子的电性并求其所带的电荷量q;(2)求两金属板的板间距离D和带电粒子在t=t0时刻的速度大小v;(3)求从t=0时刻开始到带电粒子最终碰到上金属板的过程中,电场力对粒子做的功W。(1)求t=0时,粒子速度的大小v及其与水平方向的夹角θ;【答案】(1)2×104m/s

30°

(3)若仅改变T0的大小,粒子射入磁场后恰好不再从边界MON射出,求T0的值。(1)粒子P的比荷;(2)t=2t0时刻粒子P的位置;(3)带电粒子在运动中与原点O的最远距离L。【解析】

(3)分析知,在2t0～3t0时间内,电场力产生的加速度方向沿y轴正方向,