《2019版高考物理一轮复习第九章磁场9.3带电粒子在复合场中的运动课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019版高考物理一轮复习第九章磁场9.3带电粒子在复合场中的运动课件（125页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3讲 带电粒子在复合场中的运动,【知识导图】,动能定理,场力,电场力,洛伦玆力,牛顿运动定律,能量守恒定律,【微点拨】 1.带电粒子在复合场中运动性质的确定: 取决于带电粒子所受的合外力以及初始状态的速度。,2.灵活选择规律: (1)动力学观点:常用来解决复合场中匀变速直线运动、匀速圆周运动等。 (2)动量观点:解决“打击”“碰撞”“粘合”等问题。 (3)能量的观点:常用于处理带电粒子在磁场中的变加速运动、复杂的曲线运动等,但要注意三力做功的特点。,【慧眼纠错】 (1)带电粒子在匀强磁场中只受洛伦兹力和重力时, 可能做匀加速直线运动。 纠错:_ _ _。,若粒子做匀加速直线运动,在垂直运动的
2、方向,上,洛伦兹力变大,合力不可能总为零,与粒子做直,线运动矛盾,(2)带电粒子在复合场中不可能做匀速圆周运动。 纠错:_ _。,当带电粒子所受的重力与电场力等大反向时,粒子可能在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,(3)不同比荷的粒子在质谱仪磁场中做匀速圆周运 动的半径可能相同。 纠错:_ _。,由qU= ,qvB=m 可得R= 。R不可,能相同,(4)粒子在回旋加速器中做圆周运动的半径、周期都 随粒子速度的增大而增大。 纠错:_ _ _。,根据R= ,粒子在回旋加速器中,做圆周运动的半径随粒子速度的增大而增大,周期,不变,(5)在速度选择器中做匀速直线运动的粒子的比荷都 相同。 纠错:_ _。,
3、带电粒子在速度选择器中做匀速直线运动的条,件是v= ,与其比荷大小无关,考点1 带电粒子在组合场中的运动 【典题探究】 【典例1】(2018日照模拟) 如图所示,坐标平面第 象限内存在大小为E=4105 N/C、方向水平向左的匀 强电场,在第象限内存在方向垂直纸面向里的匀强磁 场。质量与电荷量之比为 =410-10 kg/C的带正电,粒子从x轴上的A点以初速度v0=2107 m/s垂直x轴射入电场,OA=0.2 m,不计重力。求: 导学号04450211,(1)粒子经过y轴时的位置到原点O的距离。 (2)若要求粒子不能进入第象限,求磁感应强度B的取值范围。(不考虑粒子第二次进入电场后的运动情况
4、),【解题探究】 (1)带电粒子在第象限内做_运动,在第象 限内做_运动。 (2)粒子恰不能进入第象限的条件是运动轨迹与x 轴_。,类平抛,匀速圆周,相切,【解析】(1)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动,设 粒子在电场中运动的时间为t,粒子经过y轴时的位置 与原点O的距离为y,沿电场方向:qE=ma sOA= at2 垂直电场方向:y=v0t 联立解得a=1.01015 m/s2; t=2.010-8 s;y=0.4 m,(2)粒子经过y轴时在电场方向的分速度为: vx=at=2107 m/s 粒子经过y轴时的速度大小为: v= 107 m/s 与y轴正方向的夹角为,则=arctan =45,
5、要使粒子不进入第象限,如图所示,此时粒子做匀速圆周运动的轨道半径为R,由几何关系得:R+ Ry 在磁场中由牛顿第二定律得qvB=m 联立解得B(2 +2)10-2 T。 答案:(1)0.4 m (2)B(2 +2)10-2 T,【通关秘籍】 1.组合场:电场与磁场各位于一定的区域内,并不重叠,电场、磁场交替出现。,2.分析思路: (1)划分过程: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)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)画运动轨迹:根据受力分析和运动分析,大致画出粒子的运动轨迹图,有利于形象、直观地解决问题
6、。,3.组合场中的两种典型偏转:,【考点冲关】 如图所示,两块平行极板AB、CD正 对放置,极板CD的正中央有一小孔, 两极板间距离AD为d,板长AB为2d, 两极板间电势差为U,在ABCD构成的矩形区域内存在匀 强电场,电场方向水平向右。在ABCD矩形区域外有垂直,于纸面向里的范围足够大的匀强磁场。极板厚度不计,电场、磁场的交界处为理想边界。将一个质量为m、电荷量为+q的带电粒子在极板AB的正中央O点由静止释放。不计带电粒子的重力。 (1)求带电粒子经过电场加速后,从极板CD正中央小孔射出时的速度大小。,(2)为了使带电粒子能够再次进入匀强电场,且进入电场时的速度方向与电场方向垂直,求磁场的
7、磁感应强度的大小。 (3)通过分析说明带电粒子第二次离开电场时的位置,并求出带电粒子从O点开始运动到第二次离开电场区域所经历的总时间。,【解析】(1)设带电粒子经过电场加速后,从极板CD正中央小孔射出时的速度大小为v 由动能定理 qU= mv2, 解得v=,(2)带电粒子第一次从电场中射出后,在磁场中做匀速圆周运动,若能够再次进入匀强电场,且进入电场时的速度方向与电场方向垂直,运动方向改变270,由此可知在磁场中的运动轨迹为四分之三圆,圆心位于D点,半径为d,由A点垂直射入电场。,带电粒子在磁场中运动时,洛伦兹力充当向心力。 由牛顿第二定律Bqv=m , 解得B=,(3)带电粒子由A点垂直于电
8、场方向射入电场之后做类平抛运动。若能够射出电场,运动时间 t1= , 沿电场方向的侧移s= a , = , 解得s=d,因此带电粒子恰能从C点射出。轨迹如图所示。,带电粒子第一次在电场中加速,运动时间为t1 带电粒子在磁场中偏转,运动时间为t2。洛伦兹力充当向心力。 由牛顿第二定律Bqv= , T= =d t2= T= d,带电粒子第二次在电场中偏转,运动时间也为t1 因此带电粒子运动从O点到C点的总时间 t总=2t1+t2=(2+ )d 。答案:(1) (2) (3)(2+ )d,【加固训练】 如图所示,板间距为d、板长为L的两块平行金属板EF、 GH水平放置,在紧靠平行板右侧的正三角形区域
9、内存在 着垂直纸面的匀强磁场,三角形底边BC与GH在同一水平 线上,顶点A与EF在同一水平线上。一个质量为m、电量,为-q的粒子沿两板中心线以初速度v0水平射入,若在两 板之间加某一恒定电压,粒子离开电场后垂直AB边从D 点进入磁场,BD= AB,并垂直AC边射出(不计粒子的 重力),求:,(1)上下两极板间的电势差UEG; (2)三角形区域内匀强磁场的磁感应强度。 (3)若两板间不加电压,三角形区域内的磁场方向垂直纸面向里,要使粒子进入磁场区域后能从AB边射出,试求所加磁场的磁感应强度最小值。,【解析】(1)粒子以v0速度进入偏转电压为U的偏转电 场,做类平抛运动,设加速度为a1,则有 L=
10、v0t,vy=a1t,a1= 解得vy= 由几何关系得tan30 = 故U=,由粒子带负电并且在电场中向下偏转可知,下极板带正电,板间电场场强的方向垂直平行板向上。 所以上下两极板间的电势差UEG=-,(2)如图1所示,垂直AB边进入磁场,由几何关系得, 粒子离开电场时速度偏向角为=30,则粒子离 开电场时瞬时速度的大小为,由几何关系得:LAB= = d 设在磁场中运动半径为r1,则r1= LAB= d 三角形区域内磁感应强度的大小为B,由牛顿第二定律 得B1qv= ,联立解得B1= ,方向为垂直纸面向外。,(3)当粒子刚好与BC边相切时,磁感应强度最小值为B2,设粒子的运动半径为r2,如图2
11、所示,由几何关系知:r2= 由牛顿第二定律得qv0B2=m 解得 B2= 答案:(1)- (2) 方向为垂直纸面向外 (3),考点2 带电粒子在交变电、磁场中的运动 【典题探究】 【典例2】如图(a)所示的xOy平面处 于变化的匀强电场和匀强磁场中,电 场强度E和磁感应强度B随时间做周 期性变化的图象如图(b)所示,y轴正方向为E的正方向,垂直于纸面向里为B的正方向。t=0时刻,带负电粒子 P(重力不计)由原点O以速度v0沿y轴正方向射出,它恰 能沿一定轨道做周期性运动。v0、E0和t0为已知量,图 (b)中 ,在0t0时间内粒子P第一次离x轴最 远时的坐标为( )。求: 导学号 044502
12、12,(1)粒子P的比荷。 (2)t=2t0时刻粒子P的位置。 (3)带电粒子在运动中距离原点O的最远距离L。,【题眼直击】 (1)带负电粒子P(重力不计)由原点O以速度v0沿y轴正方向射出。 (2)0t0时间内粒子P第一次离x轴最远时的坐标为( )。,【解析】(1)0t0时间内粒子P在匀强磁场中做匀速圆 周运动,当粒子所在位置的纵、横坐标相等时,粒子在 磁场中恰好经过 圆周,所以粒子P第一次离x轴的最远 距离等于轨道半径R,即R= , 又qv0B0= , ,代入 解得 ,(2)设粒子P在磁场中运动的周期为T,则T= , 联立解得T=4t0, 即粒子P做 圆周运动后磁场变为电场,粒子以速度v0
13、 垂直电场方向进入电场后做类平抛运动,设t02t0时,间内水平位移和竖直位移分别为x1、y1,则x1=v0t0=, y1= a , 其中加速度a= 由解得y1= =R,因此t=2t0时刻粒子P的位置坐标为( v0t0,0),如图中的b点所示。,(3)分析知,粒子P在2t03t0时间内,电场力产生的加速度方向沿y轴正方向,由对称关系知,在3t0时刻速度方向为x轴正方向,位移x2=x1=v0t0;在3t05t0时间内粒子P沿逆时针方向做匀速圆周运动,往复运动轨迹如图所示,由图可知,带电粒子在运动中距原点O的最远距离L即O、d间的距离L=2R+2x1, ,解得L= 2v0t0 答案:(1) (2)(
14、 v0t0,0) (3) 2v0t0,【通关秘籍】 解决带电粒子在交变电、磁场中的运动问题的基本思路,【考点冲关】 (2018合肥模拟)如图甲所示,带正电粒子以水平速度 v0从平行金属板MN间中线OO连续射入电场中。MN板 间接有如图乙所示的随时间t变化的电压UMN,两板间电 场可看作是均匀的,且两板外无电场。紧邻金属板右侧 有垂直纸面向里的匀强磁场B,分界线为CD,EF为屏幕。,金属板间距为d,长度为l,磁场的宽度为d。已知:B=510-3 T,l=d=0.2 m,每个带正电粒子的速度 v0=105 m/s,比荷为 =108 C/kg,重力忽略不计,在每 个粒子通过电场区域的极短时间内,电场可视作是恒 定不变的。试求:,(1)带电粒子进入磁场做圆周运动的最小半径。 (2)带电粒子射出电场时的最大速度。 (3)带电粒子打在屏幕上的范围。,【解析】(1)t=0时刻射入电场的带电粒子不被加速,进 入磁场做圆周运动的半径最小。 粒子在磁场中运动时qv0B= 则带电粒子进入磁场做圆周运动的最小半径,
