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1、专题七 带电粒子在复合场中的运动,展示考纲明晰考向,方法归纳重点点拨,锁定考点高效突破,阅卷评析剑指满分,展示考纲明晰考向,方法归纳重点点拨,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
2、所示,锁定考点高效突破,考点一,带电粒子在区域组合场中的运动,典例,(2015赣州市一模)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
3、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.,以例说法 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
4、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.,针对训练 带电粒子在区域组合场中的运动 (2015浙江五校联考)一宇宙人在太空(那里重力可以忽略不计)玩垒球.辽阔的太空球场半侧为匀强电场,场强为E,另半侧为匀强磁场,磁感应强度为B,电场和磁场的分界面为平面,电场方向与界面垂直,磁场方向垂直纸面向里.宇宙人位于电场一侧的P点,O点是P点至界面垂线的垂足,如图所示,现有三个质量相等的垒球,其中垒球1号与垒球2号带
5、电荷量相同(带负电),垒球3号不带电.且宇宙人每次都是从同一点P投出垒球.宇宙人先在P点由静止释放垒球1号,间隔时间T后以一定初速度v1平行于界面向左抛出垒球2号,垒球2号第一次到达界面时刚好与第二次到达界面的垒球1号相碰.,(1)试求垒球2号抛出时初速度v1的大小; (2)试求垒球1号的比荷大小;,考点二,带电粒子在交替组合场中的运动,典例,(2015上饶市一模)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
6、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;,审题突破,以例说法 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.,针对训练,(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
7、:(1)2 m/s 方向与x轴成60角斜向上,答案: (2)1.0 N/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0.27 m,以例说法 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
8、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.,针对训练 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=0.5 T,还有沿x轴负方向的匀强电场,电场强度大小为E=2 N/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yh=0.4 m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
9、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=10 m/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,审题突破,以例说法 解决带电粒子在周期性变化的电、磁场中运动问题“三步走”,针对训练,阅卷评析剑指满分,带电粒子在组合场中的运动问题,(2)离子从P点进入,Q点射出,通道内匀强磁场的磁感应强度应降为B,求B;,【评分细则】 各3分;各2分. 【失分警示】 (1)未能理解弧形引出通道就是
10、以O为圆心的一段圆弧,粒子被引出必须做以O为圆心的圆周运动. (2)错误地认为L是引出圆弧的半径,未能利用几何关系确定O的位置并求出半径. (3)在第(3)问中,不能正确理解“径向电场”的含意,把“径向电场”理解为匀强电场.,【抢分策略】 (1)一般大型计算题,第一问是送分的,只要对本题能基本理解完成本题步,得6分. (2)细心审题,就能抓住“通道圆心位于O点”给出的信息,利用“磁场中粒子的圆周运动”最基本的“找圆心、画轨迹、确定半径”,结合几何关系和余弦定理,即可得到半径R,比较轻松地完成步,再得8分. (3)理解“径向”、“电场”关键词,得出粒子进入叠加场并只在以O为圆心的半径方向受电场力和洛伦兹力.进一步推理:半径由r变为R,半径变大,速率不变,向心力变小,推理得出电场力及电场方向.列出圆周运动中牛顿第二定律,解决步,又拿下5分,再一步推导完成步再得3分.,
