《2020年高考物理新课标第一轮总复习讲义：第九章 第四讲 带电粒子在复合场中的运动 含答案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020年高考物理新课标第一轮总复习讲义：第九章 第四讲 带电粒子在复合场中的运动 含答案（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、能力提升课第四讲带电粒子在复合场中的运动热点一带电粒子在叠加场中运动的实例分析 (自主学习)1质谱仪(1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，qUmv2.粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvBm.由以上两式可得r ，m，.2回旋加速器(1)构造：如图所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源，D形盒处于匀强磁场中(2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子经电场加速，经磁场回旋，由qvB，得Ekm，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径r决定，与加速电压无关3其他实验应用装置原理图规律速度选择器若q
2、v0BEq，即v0，粒子做匀速直线运动磁流体发电机等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板带正、负电，两极电压为U时稳定，qqv0B，Uv0Bd电磁流量计qqvB，所以v所以QvS霍尔元件当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差11. 质谱仪(2016全国卷)现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，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()A11
3、B12C121 D144解析：带电粒子在加速电场中运动时，有qUmv2，在磁场中偏转时，其半径r，由以上两式整理得r .由于质子与一价正离子的电荷量相同，B1B2112，当半径相等时，解得144，D正确答案：D12.回旋加速器(多选)如图是一个回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连现分别加速氘核(H)和氦核(He)，下列说法中正确的是()A它们的最大速度相同B它们的最大动能相同C两次所接高频电源的频率相同D仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能解析：由R得最大速度v，两粒子的相同，所以最大速度相同，A正确；最大动能Ekmv2，因为两粒子的质
4、量不同，最大速度相同，所以最大动能不同，B错误；高频电源的频率f，因为相同，所以两次所接高频电源的频率相同，C正确；粒子的最大动能与高频电源的频率无关，D错误答案：AC热点二带电粒子在组合场中的运动 (师生共研)“磁偏转”和“电偏转”的比较电偏转磁偏转偏转条件带电粒子以vE进入匀强电场(不计重力)带电粒子以vB进入匀强磁场(不计重力)受力情况只受恒定的电场力FEq只受大小恒定的洛伦兹力FqvB运动情况类平抛运动匀速圆周运动运动轨迹求解方法利用类平抛运动的规律xv0t，yat2，a，tan 牛顿第二定律、向心力公式r，T，t典例1如图所示，一质量m11016 kg、电荷量q2106 C的带正电微
5、粒(重力不计)，从静止开始经电压U1400 V的加速电场加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场中，金属板长L1 m，两极间距d m，微粒射出偏转电场时的偏转角30，接着进入一方向垂直于纸面向里的匀强磁场区，该匀强磁场的磁感应强度大小B T，微粒在磁场中运动后恰能从右边界射出求：(1)微粒进入偏转电场时的速度大小v0；(2)两金属板间的电压U2；(3)微粒在磁场中的运动时间t和匀强磁场的宽度D.解析：(1)带电微粒在加速电场中，由动能定理有qU1mv解得v04106 m/s.(2)带电微粒在偏转电场中运动时attan 联立解得U2400 V.(3)带电微粒在磁场中运动，恰好从右边界射出，对应圆
6、周运动的圆心角为120，由洛伦兹力提供向心力，有qvBm可得rT带电微粒在磁场中的时间t11010 s由几何关系可知Drrsin ，又cos 解得D104 m.答案：(1)4106 m/s(2)400 V(3)11010 s104 m反思总结“3步”突破带电粒子在组合场中的运动问题第1步：分阶段(分过程)按照时间顺序和进入不同的区域分成几个不同的阶段；第2步：受力和运动分析，主要涉及两种典型运动，如下：第3步：用规律如图所示，真空中有一以(r,0)为圆心，半径为r的圆柱形匀强磁场区域，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里，在yr的范围内，有方向水平向左的匀强电场，电场强度的大小为E；从
7、O点向不同方向发射速率相同的质子，质子的运动轨迹均在纸面内已知质子的电荷量为e，质量为m，质子在磁场中的偏转半径也为r，不计重力及阻力的作用，求：(1)质子射入磁场时的速度大小；(2)速度方向沿x轴正方向射入磁场的质子，到达y轴所需时间及与y轴交点坐标解析：(1)质子射入磁场后做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得evBm，可得v.(2)质子沿x轴正方向射入磁场，经圆弧后，以速度v垂直于电场方向进入电场，由于T，质子在磁场中运动的时间为t1.质子进入电场后做类平抛运动，沿电场方向运动r后到达y轴，因此有rat，则t2.所求时间为tt1t2.与y轴的交点：yrrBr，x0.答案：(
8、1)(2)(0，rBr)热点三带电粒子在叠加场中的运动 (师生共研)带电体在复合场中运动的归类分析1磁场力、重力并存(1)若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动(2)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2电场力、磁场力并存(不计重力)(1)若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动(2)若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体做复杂的曲线运动，可用动能定理求解3电场力、磁场力、重力并存(1)若三力平衡，带电体做匀速直线运动(2)若重力与电场力平衡，带电体做匀速圆周运动(3)若合力不为零，带电体可能做复杂的曲线运动，可用能量守恒定律或动能定理求解
9、典例2如图所示，绝缘粗糙的竖直平面MN左侧同时存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场方向水平向右，电场强度大小为E，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B.一质量为m、电荷量为q的带正电的小滑块从A点由静止开始沿MN下滑，到达C点时离开MN做曲线运动A、C两点间距离为h，重力加速度为g.(1)求小滑块运动到C点时的速度大小vC；(2)求小滑块从A点运动到C点过程中克服摩擦力做的功Wf；(3)若D点为小滑块在电场力、洛伦兹力及重力作用下运动过程中速度最大的位置，当小滑块运动到D点时撤去磁场，此后小滑块继续运动到水平地面上的P点已知小滑块在D点时的速度大小为vD，从D点运动到P点的时间为t，求小
10、滑块运动到P点时速度的大小vP.解析：(1)小滑块沿MN运动过程，水平方向受力满足qvBFNqE小滑块在C点离开MN时，有FN0解得vC.(2)由动能定理得mghWfmv0解得Wfmgh.(3)如图，小滑块速度最大时，速度方向与电场力、重力的合力方向垂直撤去磁场后小滑块将做类平抛运动，等效加速度为g，则g且vvg2t2解得vP.答案：(1)(2)mgh (3) 反思总结遵循“解题流程”，规范答题31.电场、磁场、重力场 如图所示，空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场，一带电液滴从静止开始自A点沿曲线ACB运动，到达B点时，速度为零，C点是运动的最低点，则以下叙述错误的是()A液滴
11、一定带负电B液滴在C点时动能最大C液滴在C点电势能最小 D液滴在C点机械能最小解析：液滴偏转是由于受洛伦兹力作用，据左手定则可判断液滴一定带负电，A正确；液滴所受电场力必向上，而液滴能够从静止向下运动，是因为重力大于电场力，由AC合力做正功，故在C处液滴的动能最大，B正确；而由于AC克服电场力做功最多，电势能增加最多，又机械能与电势能的和不变，因此，由AC机械能减小，故液滴在C点机械能最小，C错误，D正确答案：C32.电场、磁场、重力场 在如图所示的真空环境中，匀强磁场方向水平、垂直纸面向外，磁感应强度B2.5 T；匀强电场方向水平向左，电场强度E N/C.一个带负电的小颗粒质量m3.0107
12、 kg，带电荷量q3.0106 C，带电小颗粒在这个区域中刚好做匀速直线运动(g取10 m/s2)则()A这个带电小颗粒一定沿与水平方向成30向右下方做匀速直线运动B这个带电小颗粒做匀速直线运动的速度大小为0.4 m/sC若小颗粒运动到图中P点时，把磁场突然撤去，小颗粒将做匀加速直线运动D撤去磁场后，小颗粒通过与P点在同一电场线上的Q点，那么从P点运动到Q点所需时间为0.08 s解析：带电小颗粒受力如图：tan ，所以30，由左手定则可知带负电小颗粒运动方向应与水平方向成60角斜向右上方，由平衡条件可得qvB，解得v0.8 m/s，A、B错误；撤去磁场后，小颗粒受到的重力和电场力的合力与速度方
13、向垂直，故小颗粒将做匀变速曲线运动(类平抛运动)，C错误；加速度大小为a2g20 m/s2，方向与水平方向成30 角斜向右下方，在竖直方向上，小颗粒做初速度为vsin 60、加速度为g的竖直上抛运动，从P点运动到Q点所需时间为t0.08 s，D正确答案：D热点四带电粒子在交变场中的运动 (师生共研)解决带电粒子在交变电、磁场中的运动问题的基本思路先读图看清、并明白场的变化情况受力分析分析粒子在不同的变化场区的受力情况过程分析分析粒子在不同时间内的运动情况找衔接点找出衔接相邻两过程的物理量选规律联立不同阶段的方程求解典例3如图甲所示，M、N为竖直放置且彼此平行的两块平板，板间距离为d，两板中央各
14、有一个小孔O、O且正对，在两板间有垂直于纸面方向的磁场，磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示(垂直纸面向里为正)有一束正离子在t0时垂直于M板从小孔O射入磁场已知正离子的质量为m，电荷量为q，正离子在磁场中做匀速圆周运动的周期与磁感应强度变化的周期都为T0，不考虑由于磁场变化而产生的电场的影响，不计离子所受重力(1)求磁感应强度B0的大小；(2)要使正离子从O孔垂直于N板射出磁场，求正离子射入磁场时的速度v0的可能值思路点拨(1)正离子做匀速圆周运动的周期等于磁场的变化周期，由此可求出磁感应强度(2)画出正离子在磁场中的运动轨迹，求出轨迹半径与d的几何关系即可求出速度的可能值解析：(1)设磁场方向垂直于纸面向里时为正，正离子射入磁场后做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有B0qv0m粒子运动的周期T0联立两式得磁感应强度B0.(2)正离子从O孔垂直于N板射出磁场时，运动轨迹如图所示在两板之间正离子只运动一个周期T0时，有r在两板之间正离
