《备战2019年高考物理 考点一遍过 考点47 带电粒子在复合场中的运动（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《备战2019年高考物理 考点一遍过 考点47 带电粒子在复合场中的运动（含解析）（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、带电粒子在复合场中的运动一、带电粒子在组合场中运动的分析方法1正确受力分析，除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静电力和磁场力的分析。2确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合。3对于粒子连续通过几个不同区域、不同种类的场时，要分阶段进行处理。4画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律。二、带电粒子在叠加场中运动的分析方法1带电体在叠加场中运动的归类分析（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。（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
2、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，可用动能定理求解。（3）电场力、磁场力、重力并存若三力平衡，带电体做匀速直线运动。若重力与电场力平衡，带电体做匀速圆周运动。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。2带电粒子（带电体）在叠加场中运动的分析方法（1）弄清叠加场的组成。（2）进行受力分析。（3）确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合。 （4）画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律。当带电粒子在叠加场中做匀速直线运动时，根据受力平衡列方程求解。当带电粒子在叠加场中做匀速圆周运动时，应用牛顿定律结合圆周运动规律求解。当带电粒
3、子做复杂曲线运动时，一般用动能定理或能量守恒定律求解。对于临界问题，注意挖掘隐含条件。（5）记住三点：能够正确对叠加场中的带电粒子从受力、运动、能量三个方面进行分析受力分析是基础：一般要从受力、运动、功能的角度来分析。这类问题涉及的力的种类多，含重力、电场力、磁场力、弹力、摩擦力等；运动过程分析是关键：包含的运动种类多，含匀速直线运动、匀变速直线运动、类平抛运动、圆周运动以及其他曲线运动；根据不同的运动过程及物理模型，选择合适的定理列方程（牛顿运动定律、运动学规律、动能定理、能量守恒定律等）求解。三、带电粒子在周期性的电场和磁场中的运动带电粒子在交变电场或磁场中运动的情况较复杂，运动情况不仅取
4、决于场的变化规律，还与粒子进入场的的时候的时刻有关，一定要从粒子的受力情况着手，分析出粒子在不同时间间隔内的运动情况，若交变电压的变化周期远大于粒子穿越电场的时间，那么粒子在穿越电场的过程中，可看作匀强电场。注意：空间存在的电场或磁场是随时间周期性变化的，一般呈现“矩形波”的特点。交替变化的电场及磁场会使带电粒子顺次经过不同特点的电场，磁场或叠加的场，从而表现出多过程现象，其特点较为隐蔽。如图是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1、A2。平板S下方有磁
5、感应强度为B0的匀强磁场。下列表述错误的是A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里C能通过狭缝P的带电粒子的速率等于D粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷（）越小【参考答案】BD【详细解析】粒子在速度选择器中做匀速直线运动，有qE=qvB，解得，进入偏转电场后，有，解得，知r越小，比荷越大，同位素电荷量相等，质量不同，则偏转半径不同，所以质谱仪是分析同位素的重要工具，故AC正确，D错误；粒子在磁场中向左偏转，根据左手定则知该粒子带正电，在速度选择器中，所受的电场力水平向右，则洛伦兹力水平向左，根据左手定则，磁场的方向垂直纸面向外，故B错误。1如图所示，两平行金
6、属板P、Q水平放置，上极板带正电，下极板带负电；板间存在匀强电场和匀强磁场（图中未画出）。一个带电粒子在两板间沿虚线所示路径做匀速直线运动。粒子通过两平行板后从O点垂直进入另一个垂直纸面向外的匀强磁场中，粒子做匀速圆周运动，经过半个周期后打在挡板MN上的A点。不计粒子重力。则下列说法不正确的是A此粒子一定带正电BP、Q间的磁场一定垂直纸面向里C若另一个带电粒子也能做匀速直线运动，则它一定与该粒子具有相同的荷质比D若另一个带电粒子也能沿相同的轨迹运动，则它一定与该粒子具有相同的荷质比【答案】C【解析】由粒子在磁场中的运动轨迹，根据左手定则可知，粒子带正电，选项A正确；粒子在两板间受向下的电场力，
7、则洛伦兹力方向向上，由左手定则可知，P、Q间的磁场一定垂直纸面向里，选项B正确；若另一个带电粒子也能做匀速直线运动，则，可得，则它一定与该粒子具有相同的速度，选项C错误；若另一个带电粒子也能沿相同的轨迹运动，则，可得，它一定与该粒子具有相同的荷质比和相同的速度，故选项D正确；此题选项不正确的选项，故选C。 2（2018江苏省南京市南京师范大学附属中学高三模拟）某仪器用电场和磁场来控制电子在材料表面上方的运动，如图所示，材料表面上方矩形区域PPNN充满竖直向下的匀强电场，电场宽【解析】NP=NP=d。长NN=MM=5s、宽MN=MN=s的矩形区域NNMM充满垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B
8、；NN为磁场与电场之间的分界线点C1、C2将MN三等分，在C1、C2间安装一接收装置一个电荷量为e、质量为m、初速度为零的电子，从P点开始由静止被电场加速后垂直进入磁场电场强度可以取一定范围内的任意值，电子运动时，电场强度不变，最后电子仅能从磁场边界MN飞出不计电子所受重力。（1）电场强度的最大值为多少？（2）若接收装置只接收垂直MN方向的电子（不含C1、C2），求接受装置能够接受到几种不同速度的电子，其中速度最小为多少？（3）求恰好击中C1的电子速度大小的可能值。【答案】（1） （2） （3） 【解析】（1）在磁场运动过程中解得加速过程中，根据动能定理可得根据几何知识可知R=s时，速度最大，
9、有故（2）垂直进入接收装置，设进入磁场n次（n为整数），则且解得n=4、5、6，共三种，所以接受到的电子速度有三种其中半径最小的为由得速度最小的为（3）如下图所示，击中C1有两类情形：设电子经过电场N次， ，且为奇数由图可得两边平方，化简得要使R有解， 化简得，N=5或7时， 化简得考虑，取时， 化简得由 得， 【名师点睛】带电粒子在组合场中的运动问题，首先要运用动力学方法分析清楚粒子的运动情况，再选择合适方法处理。对于匀变速曲线运动，常常运用运动的分解法，将其分解为两个直线的合成，由牛顿第二定律和运动学公式结合求解，对于磁场中圆周运动，要正确画出轨迹，由几何知识求解半径。如图所示为研究某种带
10、电粒子的装置示意图，粒子源射出的粒子束以一定的初速度沿直线射到荧光屏上的O点，出现一个光斑。在垂直于纸面向里的方向上加一磁感应强度为B的匀强磁场后，粒子束发生偏转，沿半径为r的圆弧运动，打在荧光屏上的P点，然后在磁场区域再加一竖直向下，场强大小为E的匀强电场，光斑从P点又回到O点，关于该粒子（不计重力），下列说法正确的是A粒子带负电B初速度为C比荷为D比荷为【参考答案】D【详细解析】垂直于纸面向里的方向上加一磁感应强度为B的匀强磁场后，粒子束打在荧光屏上的P点，根据左手定则可知，粒子带正电，选项A错误；当电场和磁场同时存在时，解得，选项B错误；在磁场中时，由，可得：，故选项D正确，C错误；故选
11、D。【名师点睛】本题主要是考查带电粒子在复合场的运动，解答本题要能够根据共点力的平衡条件分析洛伦兹力和电场力的大小关系；在复合场中做匀速直线运动粒子，在解题时要注意过程分析和受力分析。1（2018江西省上饶县中学高三月考）如图所示，在正交的匀强电场和匀强磁场中有质量和电荷量都相同的两油滴M、N。M静止，N做半径为R的匀速圆周运动，若N与M相碰后并结合在一起，则关于它们下列说法中不正确的A以N原速率的一半做匀速直线运动B以为半径做匀速圆周运动C仍以R为半径做匀速圆周运动D做周期为N的一半的匀速圆周运动【答案】ACD【解析】设M、N的质量和电荷量分别为m、q，碰撞前N的速率为v。碰撞后瞬间整体的速
12、率为v。碰撞前，对N，由洛伦兹力提供向心力，有 qvB=m，得R=；对M有qE=mg；碰撞过程，取碰撞前N的速度方向为正方向，由动量守恒定律有 mv=2mv，得 v=；MN整体受到的电场力 2qE，重力为2mg，则2qE=2mg，所以整体的电场力和重力仍平衡，所以碰后整体做匀速圆周运动，轨迹半径为，故AC错误，B正确。N原来的周期碰后整体的周期故D错误。此题选择不正确的选项，故选ACD。2（2018天津市耀华中学高三模拟）如图所示，在竖直平面内建立直角坐标系xOy，其第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。带电荷量为+q、质量为m的微粒从原
13、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），粒子继续运动段时间后，正好垂直于y轴穿出复合场。不计切阻力，求：（1）电场强度E的大小；（2）磁感应强度B的大小；（3）粒子在复合场中的运动时间。【答案】（1） （2） （3）【解析】（1）微粒在到达A（l，l）之前做匀速直线运动，受力分析如图：根据平衡条件，有：解得： （2）根据平衡条件，有： ；电场方向变化后，微粒所受重力与电场力平衡，微粒在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动，轨迹如图：根据牛顿第二定律，有：由几何关系可得：联立解得： （3）微粒做匀速
14、直线运动的时间为： 做圆周运动的时间为： 在复合场中运动时间为： 【名师点睛】在电场中正确受力分析根据平衡可求出电场强度的大小，在磁场中运动时要找到运动轨迹的半径，再结合物理知识求解即可。（2018重难强化卷）如图甲所示，竖直面MN的左侧空间中存在竖直方向的匀强电场（上、下及左侧无边界）。一个质量为m、电荷量为q、可视为质点的带正电小球，以水平初速度v0沿PQ向右做直线运动，Q位于MN上若小球刚经过D点时（t0），在电场所在空间叠加如图乙所示随时间做周期性变化、垂直纸面向里的匀强磁场，使得小球再次通过D点时速度与PQ连线成90角，已知D、Q间的距离为2L，t0小于小球在磁场中做圆周运动的周期，
15、忽略磁场变化造成的影响，重力加速度为g.（1）求电场强度的大小E和方向；（2）求t0与t1的比值；（3）小球过D点后做周期性运动，则当小球运动的周期最大时，求出此时磁感应强度的大小B0及运动的最大周期Tm.【参考答案】（1），竖直向上 （2） （3），【详细解析】（1）不加磁场时，小球沿直线PQ做直线运动，则有，解得，方向竖直向上（2）小球能再次通过D点，其运动轨迹如图所示，设半径为r，做圆周运动的周期为T，则有，解得；（3）当小球运动周期最大时，其运动轨迹应与MN相切由几何关系得2R=2L，由牛顿第二定律得解得故1（2018云南省宣威市第一中学高二期中）在第一象限（含坐标轴）内有垂直xOy平面周期性变化的均匀磁场，规定垂直xOy平面向里的磁场方向为正磁场变化规律如图，磁感应强度的大小为B0，变化周期为T0.某一正粒子质量为m、电量为q在t0时从0点沿x轴正向射入磁场中若要求粒子在tT0时距x轴最远，则B0的值为
