《（全国通用）2018版高考物理 考前三个月 第1部分 专题8 带电粒子在电场和磁场中的运动课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（全国通用）2018版高考物理 考前三个月 第1部分 专题8 带电粒子在电场和磁场中的运动课件（100页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,专题8 带电粒子在电场和磁场中的运动,真题示例,图1,(1)求原本打在MN中点P的离子质量m；,(2)为使原本打在P的离子能打在QN区域，求加速电压U的调节范围；,(3)为了在QN区域将原本打在MQ区域的所有离子检测完整，求需要调节U的最少次数.(取lg 20.301，lg 30.477，lg 50.699),最少次数为3次,答案 3次,2.(2014全国大纲25)如图2所示，在第 一象限存在匀强磁场，磁感应强度方向 垂直于纸面(xy平面)向外；在第四象限 存在匀强电场，方向沿x轴负方向.在y轴 正半轴上某点以与x轴正向平行、大小 为v0的速度发射出一带正电荷的粒子，该粒子在(d,0)点沿垂
2、直于x轴的方向进入电场.不计粒子重力.若该粒子离开电场时速度方向与y轴负方向的夹角为，求：,图2,(1)电场强度大小与磁感应强度大小的比值；,解析 如图，粒子进入磁场后做匀速圆周运动. 设磁感应强度的大小为B，粒子质量与所带电 荷量分别为m和q，圆周运动的半径为R0.由洛 伦兹力公式及牛顿第二定律得,由题给条件和几何关系可知 R0d ,设电场强度大小为E，粒子进入电场后沿x轴负方向的加速度大小为ax，在电场中运动的时间为t，离开电场时沿x轴负方向的速度大小为vx.由牛顿第二定律及运动学公式得 Eqmax vxaxt ,由于粒子在电场中做类平抛运动(如图)，有,(2)该粒子在电场中运动的时间.,
3、解析 联立式得,1.题型特点 (1)带电粒子在复合场中的运动是力电综合的重点和高考的热点，常见的考查形式有组合场(电场、磁场、重力场依次出现)、叠加场(空间同一区域同时存在两种以上的场)、周期性变化的场等，近几年高考试题中，涉及本专题内容的频率极高，特别是计算题，题目难度大，涉及面广.,考纲解读,(2)试题多把电场和磁场的性质、运动学规律、牛顿运动定律、圆周运动规律、功能关系揉合在一起，主要考查考生的空间想象力、分析综合能力以及运用数学知识解决物理问题的能力.以及考查考生综合分析和解决复杂问题的能力.,2.解决带电粒子在组合场中运动的一般思路和方法： (1)明确组合场是由哪些场组合成的. (2
4、)判断粒子经过组合场时的受力和运动情况，并画出相应的运动轨迹简图. (3)带电粒子经过电场时利用动能定理和类平抛运动知识分析. (4)带电粒子经过磁场区域时通常用圆周运动知识结合几何知识来处理.,内容索引,考题一 带电粒子在组合场中的运动,考题二 带电粒子在叠加场中的运动,考题三 带电粒子在交变电磁场中运动的问题,考题四 磁与现代科技的应用,专题综合练,考题一 带电粒子在组合场中的运动,1.如图3所示，在直角坐标系xOy的第二象限 存在沿y轴正方向的匀强电场，电场强度的 大小为E1，在y轴的左侧存在垂直于纸面的匀 强磁场.现有一质量为m，带电荷量为q的带 电粒子从第二象限的A点(3L，L)以初
5、速度v0沿x轴正方向射入后刚好做匀速直线运动，不计带电粒子的重力.,图3,(1)求匀强磁场的大小和方向；,(2)撤去第二象限的匀强磁场，同时调节电场强度的大小为E2，使带电粒子刚好从B点(L,0)进入第三象限，求电场强度E2的大小；,(3)带电粒子从B点穿出后，从y轴上的C点进入第四象限，若E12E2，求C点离坐标原点O的距离.,解析 带电粒子穿过B点时竖直速度： v1at 由解得：v1v0 ,即45 ,由E12E2 ,图4,(1)求磁场的宽度L；,解析 根据洛伦兹力提供向心力有：,(2)求匀强电场的场强大小E；,解析 如图，设粒子从A点进入磁场，将其从N点到A点的运动分别沿着电场线和垂直电场
6、线方向分解，粒子在这两个方向上通过的距离分别为h和l，在A点沿这两个方向的速度大小均为v.,垂直于电场线方向有：lvt 由几何关系有：lh2d,(3)若另一个同样的粒子以速度v从M点沿场强方向运动，经时间t第一次从磁场边界上P点出来，求时间t.,解析 粒子从M点沿电场线方向向前运动的距离为s,说明粒子不能打到绝缘板上就要返回，运动过程如图,从F点进入磁场时的速度为v，由v2 v22ad,因为R(1cos 45)L，所以粒子不会从磁场右边界射出.,粒子从M点到第一次从磁场中出来所经过的时间为,分析带电粒子在组合场中运动问题的方法 (1)要清楚场的性质、方向、强弱、范围等. (2)带电粒子依次通过
7、不同场区时，由受力情况确定粒子在不同区域的运动情况. (3)正确地画出粒子的运动轨迹图.,方法小结,(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关系，上一个区域的末速度往往是下一个区域的初速度.,3.(多选)如图5所示，直角坐标系xOy位于竖直 平面内.第、象限内有垂直于坐标面向外 的匀强磁场，第象限同时存在方向平行于y 轴的匀强电场(图中未画出)，一带电小球从x轴 上的A点由静止释放，恰好从P点垂直于y轴进入第象限，然后做圆周运动，从Q点垂直于x轴进入第象限，Q点距O点的距离为
8、d，重力加速度为g.根据以上信息，能求出的物理量有( ),考题二 带电粒子在叠加场中的运动,图5,A.圆周运动的速度大小 B.电场强度的大小和方向 C.小球在第象限运动的时间 D.磁感应强度大小,答案 AC,4.如图6所示，在竖直平面内建立直角坐标 系xOy，其第一象限存在着正交的匀强电场 和匀强磁场，电场强度的方向水平向右， 磁感应强度的方向垂直纸面向里.一带电荷 量为q，质量为m的微粒从原点出发沿与 x轴正方向的夹角为45的初速度进入复合场中，正好做直线运动，当微粒运动到A(l，l)时，电场方向突然变为竖直向上(不计电场变化的时间)，粒子继续运动一段时间后，正好垂直于y轴穿出复合场.(不计
9、一切阻力)，求：,图6,(1)电场强度E大小；,解析 微粒到达A(l，l)之前做匀速直线运动，,对微粒受力分析如图甲：,(2)磁感应强度B的大小；,电场方向变化后，微粒所受重力与电场力平衡，微粒在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，轨迹如图乙：,(3)粒子在复合场中的运动时间.,带电粒子在叠加场中运动问题的处理方法 (1)弄清叠加场的组成特点. (2)正确分析带电粒子的受力及运动特点. (3)画出粒子的运动轨迹，灵活选择不同的运动规律. 若只有两个场且正交.例如，电场与磁场中满足qEqvB或重力场与磁场中满足mgqvB或重力场与电场中满足mgqE，都表现为匀速直线运动或静止，根据受力平衡列方程求解.
10、,方法小结,当带电粒子做复杂的曲线运动或有约束的变速直线运动时，一般用动能定理或能量守恒定律求解.,5.如图7甲所示，在xOy竖直平面内存在竖直方向的匀强电场，在第一象限内有一与x轴相切于点(2R,0)、半径为R的圆形区域，该区域内存在垂直于xOy面的匀强磁场，电场与磁场随时间变化如图乙、丙所示，设电场强度竖直向下为正方向，磁场垂直纸面向里为正方向，电场、磁场同步周期性变化(每个周期内正反向时间相同).一带正电的小球A沿y轴方向下落，t0时刻A落至点(0,3R)，此时，另一带负电的小球B从,考题三 带电粒子在交变电磁场中运动的问题,圆形区域最高点(2R,2R)处开始在磁场内紧靠磁场边界做匀速圆
11、周运动；当A球再下落R时，B球旋转半圈到达点(2R,0)；当A球到达原点O时，B球又旋转半圈回到最高点；然后A球开始匀速运动.两球的质量均为m，电荷量大小均为q.(不计空气阻力及两小球之间的作用力，重力加速度为g)求：,图7,(1)匀强电场的场强E的大小；,解析 小球B做匀速圆周运动，则Eqmg,(2)小球B做匀速圆周运动的周期T及匀强磁场的磁感应强度B的大小；,解析 设小球B做圆周运动的周期为T 对A小球：Eqmgma 得a2g,(3)电场、磁场变化第一个周期末A、B两球间的距离.,解析 分析得：电(磁)场变化周期是B球圆周运动周期的2倍,在原点下的位移为：yAvAT yA5R 2T末，小球
12、A的坐标为(0，5R),水平位移为xbvBT2R,2T末，小球B的坐标为(22)R,0,图8,(1)带电粒子射出电场时的最大速率；,解析 带电粒子在偏转电场中做类平抛运动：,(2)粒子在磁场中运动的最长时间和最短时间之比；,解析 计算可得，粒子射入磁场时的速度与水平方向的夹角为30，从下极板边缘射出的粒子轨迹如图甲中a所示，磁场中轨迹所对应的圆心角为240，时间最长；,答案 21,解析 如图乙，从O点射入磁场的粒子速度为v0，它在磁场中的出射点与入射点间距为d12R1,即两个粒子向上偏移的距离相等,答案 0.05 m,解决带电粒子在交变电磁场中运动问题“三步走”,规律小结,考题四 磁与现代科技
13、的应用,图9,8.(多选)英国物理学家阿斯顿因首次制成质谱仪，并用此对同位素进行了研究，因此荣获了1922年的诺贝尔化学奖.若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图10所示，则下列说法中正确的是( ),图10,9.(2015浙江理综25)使用回旋加速器的实验需要把离子束从加速器中引出，离子束引出的方法有磁屏蔽通道法和静电偏转法等.质量为m，速度为v的离子在回旋加速器内旋转，旋转轨道是半径为r的圆，圆心在O点，图11轨道在垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度为B.为引出离子束，使用磁屏蔽通道法设计引出器.引出器原理如图所示，一对圆弧形金属板组成弧形引出通道，通道的圆心位于O点(O点
14、图中未画出).引出离子时，令引出通道内磁场的磁感应强度降低，从而使离子从P点进入通道，沿通道中心线从Q点射出.已知OQ长度为L，OQ与OP的夹角为.,图11,(1)求离子的电荷量q并判断其正负；,(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；,解析 离子进入通道前、后的轨迹如图所示,(3)换用静电偏转法引出离子束，维持通道内的原有磁感应强度B不变，在内外金属板间加直流电压，两板间产生径向电场，忽略边缘效应.为使离子仍从P点进入，Q点射出，求通道内引出轨迹处电场强度E的方向和大小.,解析 电场强度方向沿径向向外 ,知识小结,几种常见的电磁场应用实例 (1)质谱仪： 用
15、途：测量带电粒子的质量和分析同位素.,(2)速度选择器：带电粒子束射入正交的匀强电场和匀强磁场组成的区域中，满足平衡条件qEqvB的带电粒子可以沿直线通过速度选择器.速度选择器只对粒子的速度大小和方向做出选择，而对粒子的电性、电荷量不能进行选择. (3)回旋加速器： 用途：加速带电粒子.,原理：带电粒子在电场中加速，在磁场中偏转，交变电压的周期与带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期相同.,1.如图12所示，平面直角坐标系第一象限存在竖直向上的匀强电场，距离原点O为3a处有一个竖直放置的荧光屏，荧光屏与x轴相交于Q点，且纵贯第四象限.一个顶角等于30的直角三角形区域内存在垂直平面向里的匀强磁场，
16、三角形区域的一条直角边ML与y轴重合，且被x轴垂直平分.已知ML的长度为6a，磁感应强度为B，电子束以相同的速度v0从LO区间垂直y轴和磁场方向射入直角三角形区域.从y2a射入,专题综合练,1,2,3,磁场的电子运动轨迹恰好经过原点O，假设第一象限的电场强度大小为EBv0，试求：,图12,1,2,3,(1)电子的比荷；,解析 由题意可知电子在磁场中的轨迹半径为ra，由圆周运动规律得：,1,2,3,(2)电子束从y轴上射入电场的纵坐标范围；,解析 电子能进入电场中，且离O点 上方最远，电子在磁场中运动圆轨 迹恰好与边MN相切，电子运动轨 迹的圆心为O点，如图所示.OM 2a,1,2,3,OOOMOMa，即粒子从D点离开磁场进入电
