《2019届高三物理一轮复习配套课件：9.3专题6 带电粒子在复合场中的运动 》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019届高三物理一轮复习配套课件：9.3专题6 带电粒子在复合场中的运动 （56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题6 带电粒子在复合场中的运动,-2-,知识梳理,考点自诊,带电粒子在复合场中运动的应用实例,-3-,知识梳理,考点自诊,-4-,知识梳理,考点自诊,-5-,知识梳理,考点自诊,1.(多选)地球大气层外部有一层复杂的电离层,既分布有地磁场,也分布有电场。假设某时刻在该空间中有一小区域存在如图所示的电场和磁场;电场的方向在纸面内斜向左下方,磁场的方向垂直纸面向里。此时一带电宇宙粒子恰以速度v垂直于电场和磁场射入该区域,不计重力作用,则在该区域中,有关该带电粒子的运动情况可能的是( )A.仍做直线运动 B.立即向左下方偏转 C.立即向右上方偏转 D.可能做匀速圆周运动,答案,解析,-6-,知识梳
2、理,考点自诊,2.(多选)磁流体发电是一项新兴技术,它可以把物体的内能直接转化为电能,下图是它的示意图。平行金属板A、B之间有一个很强的磁场,将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量正、负离子)喷入磁场,A、B两板间便产生电压。如果把A、B和用电器连接,A、B就是直流电源的两个电极,设A、B两板间距为d,磁感应强度为B,等离子体以速度v沿垂直于磁场的方向射入A、B两板之间,则下列说法正确的是( )A.A是直流电源的正极 B.B是直流电源的正极 C.电源的电动势为Bdv D.电源的电动势为qvB,答案,解析,-7-,知识梳理,考点自诊,3.(多选)回旋加速器的原理如图所示,它由两个铜质D形盒
3、D1、D2构成,其间留有空隙,下列说法正确的是( )A.离子从电场中获得能量 B.离子从磁场中获得能量 C.只增大空隙距离可增加离子从回旋加速器中获得的动能 D.只增大D形盒的半径可增加离子从回旋加速器中获得的动能,答案,解析,-8-,知识梳理,考点自诊,4.(多选)如图所示,空间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电场的方向竖直向下,磁场方向水平(图中垂直纸面向里),一带电油滴P恰好处于静止状态,则下列说法正确的是( )A.若撤去电场,P可能做匀加速直线运动 B.若撤去磁场,P可能做匀加速直线运动 C.若给P一初速度,P可能做匀速直线运动 D.若给P一初速度,P可能做顺时针方向的匀速圆周运动,
4、答案,解析,-9-,知识梳理,考点自诊,5.如图所示,一束粒子(不计重力,初速度可忽略)缓慢通过小孔O1进入极板间电压为U的水平加速电场区域,再通过小孔O2射入相互正交的恒定匀强电场、磁场区域,其中磁场的方向如图所示,磁感应强度大小可根据实际要求调节,收集室的小孔O3与O1、O2在同一条水平线上。则收集室收集到的是( ) A.具有特定质量和特定比荷的粒子 B.具有特定速度和特定比荷的粒子 C.具有特定质量和特定速度的粒子 D.具有特定动能和特定比荷的粒子,答案,解析,-10-,命题点一,命题点二,命题点三,带电粒子在组合场中的运动 1.基本思路,-11-,命题点一,命题点二,命题点三,2.“电
5、偏转”和“磁偏转”的比较,-12-,命题点一,命题点二,命题点三,-13-,命题点一,命题点二,命题点三,例1(2017天津卷)平面直角坐标系xOy中,第象限存在垂直于平面向里的匀强磁场,第象限存在沿y轴负方向的匀强电场,如图所示。一带负电的粒子从电场中的Q点以速度v0沿x轴正方向开始运动,Q点到y轴的距离为到x轴距离的2倍。粒子从坐标原点O离开电场进入磁场,最终从x轴上的P点射出磁场,P点到y轴距离与Q点到y轴距离相等。不计粒子重力,问:(1)粒子到达O点时速度的大小和方向; (2)电场强度和磁感应强度的大小之比。,-14-,命题点一,命题点二,命题点三,解析:(1)在电场中,粒子做类平抛运
6、动,设Q点到x轴距离为l,到y轴距离为2l,粒子的加速度为a,运动时间为t,有 2l=v0t,设粒子到达O点时沿y轴方向的分速度为vy vy=at 设粒子到达O点时速度方向与x轴正方向夹角为,联立式得=45 即粒子到达O点时速度方向与x轴正方向成45斜向上。 设粒子到达O点时速度大小为v,由运动的合成有,-15-,命题点一,命题点二,命题点三,(2)设电场强度为E,粒子电荷量为q,质量为m,粒子在电场中受到的电场力为F,由牛顿第二定律可得F=ma 又F=qE 设磁场的磁感应强度大小为B,粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为r,所受的洛伦兹力提供向心力,有,-16-,命题点一,命题点二,命题点三,
7、思维点拨(1)在电场中,粒子做类平抛运动,根据x轴方向的匀速直线运动和y方向的匀加速直线运动列方程求解; (2)粒子在电场中受到电场力时由牛顿第二定律求解加速度,再根据速度位移关系求解电场强度;根据粒子所受的洛伦兹力提供向心力得到半径计算公式,再由几何关系得到半径大小,由此求解磁感应强度大小,然后求解比值。,-17-,命题点一,命题点二,命题点三,“5步”突破带电粒子在组合场中的运动问题,-18-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练 1.(2017山东日照检测)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
8、电荷之比 =410-10 kg/C的带正电的粒子,以初速度v0=2107 m/s从x轴上的A点垂直x轴射入电场,OA=0.2 m,不计粒子的重力。,-19-,命题点一,命题点二,命题点三,(1)求粒子经过y轴时的位置到原点O的距离; (2)若要使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)。,解析:(1)设粒子在电场中运动时间为t,粒子经过y轴时的位置与原点O的距离为y,则,y=v0t 代入数据解得a=1.01015 m/s2,t=2.010-8 s,y=0.4 m。,-20-,命题点一,命题点二,命题点三,(2)粒子经过y轴时在电场方向的分速度为vx=
9、at=2107 m/s 粒子经过y轴时速度为,-21-,命题点一,命题点二,命题点三,2.(2017甘肃兰州诊断)如图所示,在平面直角坐标系xOy内,第象限存在沿y轴负方向的匀强电场,第象限存在垂直于坐标平面向外的半有界匀强磁场,磁感应强度为B,虚线为平行于y轴的磁场左边界。一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子,从y轴上y=h处的M点,以速度v0垂直于y轴射入电场,经x轴上x=2h处的P点进入磁场,最后以垂直于y轴的方向从Q点(图中未画出)射出磁场。不计粒子重力。求:,-22-,命题点一,命题点二,命题点三,(1)电场强度E的大小和粒子射入磁场时速度v的大小和方向; (2)粒子从进入电场到离开
10、磁场经历的总时间t; (3)Q点的坐标。,答案:见解析 解析:(1)粒子运动的轨迹如图所示 粒子在电场中x、y方向的运动: x方向2h=v0t1,-23-,命题点一,命题点二,命题点三,设粒子射入磁场时与x轴成角,在磁场中运动的圆弧所对圆心角为。由几何关系,得=135,-24-,命题点一,命题点二,命题点三,-25-,命题点一,命题点二,命题点三,带电粒子在叠加场中的运动 1.带电粒子在叠加场中无约束情况下的运动情况分类 (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,因洛伦兹力不做功,故机械能守恒,由此可求解问题。,
11、-26-,命题点一,命题点二,命题点三,(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,则带电体将做复杂的曲线运动,因洛伦兹力不做功,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,将做复杂的曲线运动,因洛伦兹力不做功,可用能量守恒或动能定理求解问题。,-27-,命题点一,命题点二,命题点三,2.带电粒子在叠加场中有约束情况下的运动 带电体在复合场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下,除受场力外,还受
12、弹力、摩擦力作用,常见的运动形式有直线运动和圆周运动,此时解题要通过受力分析明确变力、恒力做功情况,并注意洛伦兹力不做功的特点,运用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求出结果。,-28-,命题点一,命题点二,命题点三,例2(2016天津卷)如图所示,空间中存在着水平向右的匀强电场,电场强度大小E=5 N/C,同时存在着水平方向的匀强磁场,其方向与电场方向垂直,磁感应强度大小B=0.5 T。有一带正电的小球,质量m=110-6 kg,电荷量 q=210-6 C,正以速度v在图示的竖直面内做匀速直线运动,当经过P点时撤掉磁场(不考虑磁场消失引起的电磁感应现象),g取10 m/s2。求:(1)小
13、球做匀速直线运动的速度v的大小和方向; (2)从撤掉磁场到小球再次穿过P点所在的这条电场线经历的时间t。,-29-,命题点一,命题点二,命题点三,答案:(1)20 m/s,方向与水平面成60斜向上 (2)3.5 s 解析:(1)小球匀速直线运动时受力如图,其所受的三个力在同一平面内,合力为零,有qvB= 代入数据解得 v=20 m/s,-30-,命题点一,命题点二,命题点三,(2)解法一: 撤去磁场,小球在重力与电场力的合力作用下做类平抛运动,设其加速度为a,有,-31-,命题点一,命题点二,命题点三,解法二: 撤去磁场后,由于电场力垂直于竖直方向,它对竖直方向的分运动没有影响,以P点为坐标原
14、点,竖直向上为正方向,小球在竖直方向上做匀减速运动,其初速度为 vy=vsin 若使小球再次穿过P点所在的电场线,仅需小球的竖直方向上分位移为零,则有,-32-,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨(1)在撤去磁场前,小球受重力、洛伦兹力、电场力三个力作用,三力平衡。 (2)撤去磁场后,可考虑把小球的运动分解成水平方向上和竖直方向上的运动,其中竖直方向上的运动为竖直上抛运动。,-33-,命题点一,命题点二,命题点三,粒子在叠加场中运动的分析思路,-34-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练 3.(2017全国卷)如图,空间某区域存在匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向上(与纸面平行),磁场
15、方向垂直于纸面向里。三个带正电的微粒a、b、c电荷量相等,质量分别为ma、mb、mc。已知在该区域内,a在纸面内做匀速圆周运动,b在纸面内向右做匀速直线运动,c在纸面内向左做匀速直线运动。下列选项正确的是( )A.mambmc B.mbmamc C.mcmamb D.mcmbma,答案,解析,-35-,命题点一,命题点二,命题点三,4.(多选)(2017浙江杭州联考)质量为m、电荷量为q的微粒以速度v与水平方向成角从O点进入方向如图所示的正交的匀强电场和匀强磁场组成的混合场区,该微粒在电场力、洛伦兹力和重力的共同作用下,恰好沿直线运动到A,下列说法正确的是( )A.该微粒一定带负电荷 B.微粒
16、从O到A的运动可能是匀变速运动,D.该电场的电场强度为Bvcos ,答案,解析,-36-,命题点一,命题点二,命题点三,现代科技中的电磁场问题 解决实际问题的一般过程,-37-,命题点一,命题点二,命题点三,例3(2016全国卷)现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子,右图为其示意图,其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速,经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速,为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场,需将磁感应强度增加到原来的12倍。此离子和质子的质量比约为( )A.11 B.12 C.121 D.144,答案,解析,-38-,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨注意题给信息的含义,“经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开”意味着两粒子在磁场中运动的半径相等。,-39-,命题点一,命题点二,
