《2020届高考艺术生物理复习教师用书：专题三第3讲 带电粒子在组合场、复合场中的运动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020届高考艺术生物理复习教师用书：专题三第3讲 带电粒子在组合场、复合场中的运动（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3讲带电粒子在组合场、复合场中的运动三年考情分析高考命题规律三年考题考查内容核心素养带电粒子在复合场中的运动是高考的常考内容之一，主要考查考生的综合分析问题的能力分析带电粒子在复合场中的运动，往往与圆周运动和类平抛运动相结合，涉及牛顿运动定律的应用，是今后高考中的重点，考查考生综合分析问题的能力.2018卷25T带电粒子在组合场中的运动科学思维卷25T带电粒子在组合场中的运动科学思维卷24T带电粒子在组合场中的运动科学思维2017卷16T带电体在叠加场中的运动科学思维考向一带电粒子在组合场中的运动知识必备提核心通技法1组合场模型电场、磁场、重力场(或其中两种场)并存，但各位于一定区域，并且互
2、不重叠的情况2“电偏转”“磁偏转”的比较匀强电场中的“电偏转”匀强磁场中的“磁偏转”受力特征无论v是否与E垂直，F电qE，F电为恒力v垂直于B时，FBqvB运动规律类平抛运动(vE)vxv0，vytxv0t，y圆周运动(vB)T，r偏转情况tan ，因做类平抛运动，在相等的时间内偏转角度不等若没有磁场边界限制，粒子所能偏转的角度不受限制动能变化动能发生变化动能不变典题例析析典题学通法例1(2018全国卷，25T)一足够长的条状区域内存在匀强电场和匀强磁场，其在xOy平面内的截面如图所示：中间是磁场区域，其边界与y轴垂直，宽度为l，磁感应强度的大小为B，方向垂直于xOy平面：磁场的上、下两侧为电
3、场区域，宽度均为l，电场强度的大小均为E，方向均沿x轴正方向；M、N为条状区域边界上的两点，它们的连线与y轴平行一带正电的粒子以某一速度从M点沿y轴正方向射入电场，经过一段时间后恰好以从M点入射的速度从N点沿y轴正方向射出不计重力(1)定性画出该粒子在电磁场中运动的轨迹；(2)求该粒子从M点入射时速度的大小；(3)若该粒子进入磁场时的速度方向恰好与x轴正方向的夹角为，求该粒子的比荷及其从M点运动到N点的时间 破题关键点对称性是解题关键解析(1)(2)y方向匀速直线运动：lv0t1，x方向匀加速直线运动：vxat1由牛顿第二定律得a由r、sin ，得联立可得v0(3)，vxv0tanv0，代入得
4、，t1，T，t2T,2，t2，总时间t2t1t2答案(1)轨迹见解析图(2)(3)跟进题组练考题提能力1如图所示，在xOy坐标平面的第一象限内存在有场强大小为E、方向竖直向上的匀强电场，第二象限内存在有方向垂直纸面向外的匀强磁场荧光屏PQ垂直于x轴放置且距y轴的距离为L.一质量为m、带电荷量为q的粒子(不计重力)自坐标为(L,0)的A点以大小为v0、方向沿y轴正方向的速度进入磁场，粒子恰好能够到达原点O而不进入电场现若使该带电粒子仍从A点进入磁场，但初速度大小为2v0、方向与x轴正方向成45角，求：(1)带电粒子到达y轴时速度方向与y轴正方向之间的夹角；(2)粒子最终打在荧光屏PQ上的位置坐标
5、解析：(1)设磁场的磁感应强度为B，则由题意可知，当粒子以速度v0进入磁场时，设其圆周运动的半径为R，有Bqv0m，其中R当粒子以初速度大小为2v0、方向与x轴正方向成45角进入磁场时，(图中、均为45)设其圆周运动的半径为R，则有Bq2v0m由以上各式可解得RL由几何关系可知粒子做圆周运动的圆心在y轴上，所以该粒子必定垂直于y轴进入匀强电场，故粒子到达y轴时，速度方向与y轴正方向之间的夹角为90.(2)由几何关系可知CO(1)L带电粒子在电场中做类平抛运动，设其运动时间为t，在电场中向上运动的距离为h，则有：L2v0t，hat2，a以上各式联立可解得：h所以粒子最终打在荧光屏PQ上的位置坐标
6、为.答案：见解析规律方法知规律握方法带电粒子在组合场中运动的处理方法(1)解决带电粒子在组合场中运动的一般思维模板(2)用规律选择思路带电粒子经过电场区域时利用动能定理或类平抛的知识分析；带电粒子经过磁场区域时利用圆周运动规律结合几何关系来处理(3)关注从一种场进入另一种场的衔接速度考向二带电粒子在叠加场中的运动知识必备提核心通技法1叠加场模型电场、磁场、重力场(或其中两种场)并存于同一区域的情况2带电粒子在叠加场中的运动情况分析(1)当带电粒子在叠加场中所受合力为零时，做匀速直线运动(如速度选择器)或处于静止状态(2)当带电粒子所受的重力与电场力等值反向，洛伦兹力提供向心力时，带电粒子在垂直
7、于磁场的平面内做匀速圆周运动3带电粒子在叠加场中的受力情况分析带电粒子在叠加场中的运动问题是电磁学知识和力学知识的结合，分析方法和力学问题的分析方法基本相同，即均用动力学观点、能量观点来分析，不同之处是多了电场力、洛伦兹力，二力的特点是电场力做功与路径无关，洛伦兹力方向始终和运动速度方向垂直，永不做功等典题例析析典题学通法例2(2020秦皇岛一模)如图所示，水平线AC和竖直线CD相交于C点，AC上开有小孔S，CD上开有小孔P，AC与CD间存在磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，DCG60，在CD右侧，CG的下方有一竖直向上的匀强电场E(大小未知)和垂直纸面向里的另一匀强磁场B1(大
8、小未知)，一质量为m，电荷量为q的塑料小球从小孔S处无初速度地进入匀强磁场中，经一段时间恰好能从P孔水平匀速飞出而进入CD右侧，小球在CD右侧做匀速圆周运动而垂直打在CG板上，重力加速度为g.(1)求竖直向上的匀强电场的电场强度E的大小(2)求CD右侧匀强磁场的磁感应强度B1的大小(3)若要使小球进入CD右侧后不打在CG上，则B1应满足什么条件？ 审题流程第一步审题干提取关键信息(1)从P孔水平匀速飞出此时塑料小球受力平衡(2)垂直打在CG板上C点是小球做圆周运动的轨迹圆心(3)不打在CG上恰好不打在CG上时，小球运动轨迹与CG相切第二步破疑难寻找规律方法(1)小球在CD左侧做变速曲线运动，应
9、用动能定理分析(2)小球在CD右侧做匀速圆周运动，应用牛顿第二定律、圆周运动的相关规律分析解析(1)因小球在CD右侧受重力、电场力和洛伦兹力作用而做匀速圆周运动，所以有mgqE，即E.(2)小球进入磁场后，由于重力作用，速率不断增大，同时在洛伦兹力的作用下小球右偏，当小球从小孔P水平匀速飞出时，受力平衡有Bqvmg，即v从S到P由动能定理得mgmv2，即因小球从小孔P水平飞入磁场B1后做匀速圆周运动而垂直打在CG上，所以C点即为小球做圆周运动的圆心，半径即为r又因B1qvm，联立得B12B.(3)小球在CD右侧恰好不打在CG上的运动轨迹如图，则由图知r即r而r，联立得B14.3B即要使小球进入
10、CD右侧后不打在CG上，则B1应满足B14.3B.答案(1)(2)2B(3)B14.3B跟进题组练考题提能力2.如图所示，平面直角坐标系的第二象限内存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，一质量为m、带电荷量为q的小球从A点以速度v0沿直线AO运动，AO与x轴负方向成37角，在第四象限内的区域内加一最小电场强度的匀强电场后，可使小球继续做直线运动到MN上的C点，MN右侧区域内存在竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，小球在区域内做匀速圆周运动并恰好没从右边界飞出，已知小球在C点的速度大小为2v0，重力加速度为g，sin 370.6，cos 370.8，求：(1)小球的带电性质；(
11、2)第二象限内电场强度E1的大小和磁感应强度B1的大小；(3)区域内最小电场强度E2的大小和方向；(4)区域内电场强度E3的大小和磁感应强度B2的大小解析：(1)带电小球在第二象限内受重力、电场力和洛伦兹力作用做直线运动，因洛伦兹力与速度关联，所以此三力满足图(a)所示关系且小球只能做匀速直线运动，由受力特点及左手定则可判定小球带正电(2)由图(a)知tan 37，得E1cos 37，得B1.(3)当区域中的电场强度最小时，小球做直线运动，此时受力如图(b)所示(电场力方向与速度方向垂直)，小球做匀加速直线运动，由图知cos 37，得E2，方向与x轴正方向成53角斜向上(4)小球在区域内做匀速
12、圆周运动，所以mgqE3，得E3，小球恰好不从右边界穿出，小球运动轨迹如图(c)所示由(3)知Fmgsin 37，即agsin 37由运动学规律知(2v0)2v2aOC解得OC由几何关系知tan 37，得r由洛伦兹力提供向心力知B2q2v0m，联立得B2答案：(1)正电(2)E1B1(3)与x轴正方向成53角斜向上(4)E3B2规律方法知规律握方法利用模型思维法求解带电粒子在叠加场中的运动问题带电粒子在叠加场中的运动问题是高考命题中常见的一种模型，因其受力情况复杂，运动规律复杂多变，因此题目难度往往较大但如果能掌握此类模型的运动特点和解题思路，要解得正确答案还是不难的1三类叠加场的受力和运动特
13、点(1)磁场力、重力并存若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂的曲线运动，因F洛不做功，故机械能守恒，由此可求解问题(2)电场力、磁场力并存(不计重力的微观粒子)若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体做复杂的曲线运动，因F洛不做功，可用动能定理求解问题(3)电场力、磁场力、重力并存若三力平衡，一定做匀速直线运动若重力与电场力平衡，一定做匀速圆周运动若合力不为零且与速度方向不垂直，做复杂的曲线运动，因F洛不做功，可用能量守恒或动能定理求解问题2分析带电粒子在叠加场中运动问题的基本解题思路 考向三带电粒子在交变
14、电磁场中的运动知识必备提核心通技法1解决带电粒子在交变电场、磁场中的运动问题时，关键要明确粒子在不同时间段内、不同区域内的受力特性，对粒子的运动情景、运动性质做出判断2这类问题一般都具有周期性，在分析粒子运动时，要注意粒子的运动周期、电场周期、磁场周期的关系3带电粒子在交变电磁场中运动仍遵循牛顿运动定律、运动的合成与分解、动能定理、能量守恒定律等力学规律，所以此类问题的研究方法与质点动力学相同4解决带电粒子在交变电磁场中的运动问题的基本思路典题例析析典题学通法例3在地面附近的真空中，存在着竖直向上的匀强电场和垂直电场方向水平向里的匀强磁场，如图甲所示磁场的磁感应强度B随时间t的变化情况如图乙所示该区域中有一条水平直线MN，D是MN上的一点在t0时刻，有一个质量为m、电荷量为q的小球(可看做质点)，从M点开始沿着水平直线以速度v0做匀速直线运动，t0时刻恰好到达N
