高三物理一輪復習 第八章 磁場 25 帶電粒子在復合場中的運動課件.ppt

基礎(chǔ)自主梳理,要點研析突破,要點一,要點研析突破,要點研析突破,要點研析突破,1.(多選)(2015黃岡中學三模)如圖所示，空間中存在正交的勻強電場E和勻強磁場B(勻強電場水平向右)，在豎直平面內(nèi)從a點沿ab、ac方向拋出兩帶電小球(不考慮兩帶電球的相互作用，兩球電荷量始終不變)，關(guān)于小球的運動，下列說法正確的是(AC)A.沿ab、ac方向拋出的帶電小球都可能做直線運動B.只有沿ab拋出的帶電小球才可能做直線運動C.若有小球能做直線運動，則它一定是勻速運動D.兩小球在運動過程中機械能均守恒,解析：沿ab方向拋出的帶正電小球，或沿ac方向拋出的帶負電的小球，在重力、電場力、洛倫茲力作用下，都可能做勻速直線運動，A項正確，B項錯誤;在重力、電場力、洛倫茲力三力都存在時的直線運動一定是勻速直線運動，C項正確;兩小球在運動過程中除重力做功外還有電場力做功，故機械能不守恒，D項錯誤,要點研析突破,2.如圖所示的虛線區(qū)域內(nèi)，充滿垂直于紙面向里的勻強磁場和豎直向下的勻強電場.一帶電粒子a(不計重力)以一定的初速度由左邊界的O點射入磁場、電場區(qū)域，恰好沿直線由區(qū)域右邊界的O點(圖中未標出)穿出.若撤去該區(qū)域內(nèi)的磁場而保留電場不變，另一個同樣的粒子b(不計重力)仍以相同初速度由O點射人，從區(qū)域右邊界穿出，則粒子b(C)A.穿出位置一定在O點下方B.穿出位置一定在O點上方C.運動時，在電場中的電勢能一定減小D.在電場中運動時，動能一定減小,要點研析突破,解析：粒子a在電場、磁場的復合區(qū)域內(nèi)做直線運動，則該粒子一定做勻速直線運動，故對粒子a有qvB=qE，即只要滿足E=Bv，無論粒子帶正電還是負電，粒子都可以沿直線穿出復合場區(qū).當撤去磁場只保留電場時，粒子b由于電性不確定，故無法判斷是從O點的上方還是下方穿出，故A、B兩項錯誤.粒子b在穿過電場區(qū)的過程中必然受到電場力的作用而做類平拋運動，電場力做正功，其電勢能減小，動能增大，故C項正確，D項錯誤.,要點研析突破,要點二,要點研析突破,例2(2016成都市第三次診斷性測試)如圖所示裝置中，區(qū)域和中分別有豎直向上和水平向右的勻強電場，電場強度分別為E和E/2；區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向外的水平勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B.一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的帶負電粒子(不計重力)從左邊界O點正上方的M點以速度v0水平射人電場，經(jīng)水平分界線OP上的A點與OP成60角射人區(qū)域的磁場，并垂直豎直邊界CD進入?yún)^(qū)域的勻強電場中.求：(1)粒子在區(qū)域勻強磁場中運動的軌跡半徑；(2)O、AM間的距離；(3)粒子從M點出發(fā)到第二次通過CD邊界所經(jīng)歷的時間.,要點研析突破,思維導引粒子在電場中做何種運動，題中角度60有何作用？粒子進入磁場時速度大小發(fā)生了何種變化，是以60角斜進入磁場嗎？粒子在磁場中的運動圓心、半徑如何確定，時間與哪個角度有關(guān).粒子在電場中做何種運動是否具有對稱性？,要點研析突破,解析：(1)粒子在勻強電場中做類平拋運動，設(shè)粒子過A點時速度為v，由類平拋規(guī)律知v=v0/cos60粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動，由牛頓第二定律得Bqv=mv2/R所以R=2mv0/qB(2)設(shè)粒子在電場中運動的時間為t1，加速度為a.則有qE=mav0tan60=at1即t1=O、M兩點間的距離為,要點研析突破,(3)設(shè)粒子在區(qū)域磁場中運動的時間為t2則由幾何關(guān)系知t2=T1/6=m/3qB設(shè)粒子在區(qū)域電場中運動的時間為t3，則有a=qE/2/m=qE/2m則t3=2v/a=22v0/a=8mv0/qE粒子從M點出發(fā)到第二次通過CD邊界所用時間為,答案：,感悟提升：組合場中粒子的運動一般都具有完美的對稱性，審題過程中要抓住對稱性這一關(guān)鍵的解題思想，畫出軌跡示意圖，根據(jù)幾何關(guān)系和物理方程綜合求解.,要點研析突破,要點研析突破,要點研析突破,要點研析突破,要點研析突破,要點三,要點研析突破,要點研析突破,例3(2015福建卷)如圖所示，絕緣粗糙的豎直平面MN左側(cè)同時存在相互垂直的勻強電場和勻強磁場，電場方向水平向右，電場強度大小為E，磁場方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強度大小為B.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小滑塊從A點由靜止開始沿MN下滑，到達C點時離開MN做曲線運動.A、C兩點間距離為h，重力加速度為g.(1)求小滑塊運動到C點時的速度大小vC；(2)求小滑塊從A點運動到C點過程中克服摩擦力做的功Wf；(3)若D點為小滑塊在電場力、洛倫茲力及重力作用下運動過程中速度最大的位置，當小滑塊運動到D點時撤去磁場，此后小滑塊繼續(xù)運動到水平地面上的P點.已知小滑塊在D點時的速度大小為vD，從D點運動到P點的時間為t，求小滑塊運動到P點時速度的大小vP.,思維導引粒子到達N點之前做何種運動、受哪幾個力作用，又有哪幾個力做功？離開N點的條件及標志是什么？離開N點后在電場及重力場的復合場中受力有何變化，做什么運動，有哪幾個力對其做功.,解析：(1)小滑塊沿MN運動過程，水平方向受力滿足qvB+N=qE小滑塊在C點離開MN時N=0解得vC=E/B(2)由動能定理mgh-Wf=1/2mv2C-0解得,(3)如圖，小滑塊速度最大時，速度方向與電場力、重力的合力方向垂直.撤去磁場后小滑塊將做類平拋運動，等效加速度為g,答案：,感悟提升：分析帶電粒子在復合場中運動問題的一般步驟：(1)看清粒子所在區(qū)域中場的組成，一般是電場、磁場、重力場中兩個場或三個場的復合場.(2)正確的受力分析是解題的基礎(chǔ)，除了重力、彈力、摩擦力以外，特別要注意電場力和洛倫茲力的分析，不可遺漏任一個力.(3)在受力分析的基礎(chǔ)上進行運動分析，注意運動情況和受力情況的相互結(jié)合，特別要關(guān)注一些特殊的時刻所處的特殊狀態(tài)(臨界狀態(tài))，對于臨界問題，注意挖掘隱含條件.(4)如果粒子在運動過程中經(jīng)過不同的區(qū)域受力發(fā)生改變，應(yīng)根據(jù)需要對過程整個分階段處理.(5)應(yīng)用一些必要的數(shù)學知識，畫出粒子的運動軌跡示意圖，根據(jù)題目的條件和問題靈活選擇不同的物理規(guī)律解題.當帶電粒子在復合場中做勻速直線運動時，根據(jù)受力平衡列方程求解;當帶電粒子在復合場中做勻速圓周運動時，應(yīng)用牛頓定律結(jié)合圓周運動規(guī)律求解;當帶電粒子做復雜曲線運動時，一般要結(jié)合動能定理或能量守恒定律求解.,要點研析突破,要點研析突破,要點研析突破,要點研析突破,要點研析突破,要點研析突破,5.(2014四川卷)在如圖所示的豎直平面內(nèi)，水平軌道CD和傾斜軌道GH與半徑r=944m的光滑圓弧軌道分別相切于D點和G點，GH與水平面的夾角=37.過G點、垂直于紙面的豎直平面左側(cè)有勻強磁場，磁場方向垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強度B=1.25T；過D點、垂直于紙面的豎直平面右側(cè)有勻強電場，電場方向水平向右，電場強度E=1104N/C.小物體P1質(zhì)量m=210-3kg、電荷量q=+810-6C，受到水平向右的推力F=9.9810-3N的作用，沿CD向右做勻速直線運動，到達D點后撤去推力.當P1到達傾斜軌道底端G點時，不帶電的小物體P2在GH頂端靜止釋放，經(jīng)過時間t=0.1s與P1相遇.P1和P2與軌道CD、GH間的動摩擦因數(shù)均為=0.5，取g=10m/s2，sin37=0.6，cos37=0.8，物體電荷量保持不變，不計空氣阻力.求：,要點研析突破,(1)小物體P1在水平軌道CD上運動速度v的大??；(2)傾斜軌道GH的長度s.,解析：(1)設(shè)小物體P1在勻強磁場中運動的速度為v，受到向上的倫茲力為F1，受到的摩擦力為f，則F1=qvBf=(mg-F1)由題意，水平方向合力為零F-f=0聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)解得v=4m/s(2)設(shè)P1在G點的速度大小為vG，由于洛倫茲力不做功，根據(jù)動能定理,P1在GH上運動，受到重力、電場力和摩擦力的作用，設(shè)加速度為a1，根據(jù)牛頓第二定律qEcos-mgsin-(mgcos+qEsin)=ma1P1與P2在GH上相遇時，設(shè)P1在GH上運動的距離為s1，則s1=vGt+1/2a1t2設(shè)P2質(zhì)量為m2，在GH上運動的加速度為a2，則m2gsin-m2gcos=m2a2P1與P2在GH上相遇時，設(shè)P2在GH上運動的距離為s2，則s2=1/2a2t2s=s1+s2聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)得s=0.56m答案：(1)4m/s(2)0.56m,要點研析突破,要點四,要點研析突破,例4(2015江蘇卷)一臺質(zhì)譜儀的工作原理如圖所示，電荷量均為+q、質(zhì)量不同的離子飄入電壓為U0的加速電場，其初速度幾乎為零.這些離子經(jīng)加速后通過狹縫O沿著與磁場垂直的方向進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，最后打在底片上.已知放置底片的區(qū)域MNL，且OML.某次測量發(fā)現(xiàn)MN中左側(cè)2/3區(qū)域MQ損壞，檢測不到離子，但右側(cè)1/3區(qū)域QN仍能正常檢測到離子.在適當調(diào)節(jié)加速電壓后，原本打在MQ的離子即可在QN檢測到.(1)求原本打在MN中點P的離子質(zhì)量m；,要點研析突破,(2)為使原本打在P的離子能打在QN區(qū)域，求加速電壓U的調(diào)節(jié)范圍；(3)為了在QN區(qū)域?qū)⒃敬蛟贛Q區(qū)域的所有離子檢測完整，求需要調(diào)節(jié)U的最少次數(shù).(取lg20.301，lg3=0.477，lg5=0.699)思維導引質(zhì)譜儀是用來測量什么物理量的儀器；粒子經(jīng)同一電場加速后，是否以相同的速度大小進入偏移磁場？原來打在MQ段的粒子為何能打在QN段，調(diào)節(jié)后的電應(yīng)更高還是更低？電壓的限值是開區(qū)間還是閉區(qū)間；調(diào)節(jié)電壓后，所有粒子是否整體向右平移？,要點研析突破,解析：,答案：,要點研析突破,要點研析突破,要點研析突破,要點研析突破,要點研析突破,例5(2015重慶卷)如圖所示為某種離子加速器的設(shè)計方案.兩個半圓形金屬盒內(nèi)存在相同的垂直于紙面向外的勻強磁場.其中MN和MN是間距為h的兩平行極板，其上分別有正對的兩個小孔O和O，ON=ON=d,P為靶點，OP=kd(k為大于1的整數(shù)).極板間存在方向向上的勻強電場，兩極板間電壓為U.質(zhì)量為m、帶電量為q的正離子從O點由靜止開始加速，經(jīng)O進入磁場區(qū)域.當離子打到極板上ON區(qū)域(含N點)或外殼上時將會被吸收.兩虛線之間的區(qū)域無電場和磁場存在，離子可勻速穿過.忽略相對論效應(yīng)和離子所受的重力.求：,要點研析突破,(1)離子經(jīng)過電場僅加速一次后能打到P點所需的磁感應(yīng)強度大??；(2)能使離子打到P點的磁感應(yīng)強度的所有可能值；(3)打到P點的能量最大的離子在磁場中運動的時間和在電場中運動的時間.,思維導引回旋加速器中粒子的速率是在哪個場中增加？粒子能打到P點的運動情形是否具有多種可能，其條件是什么？粒子分多次在電場中不斷被加速，可否等效為一次不間斷勻速直線運動?,要點研析突破,解析：,要點研析突破,答案：,要點研析突破,要點研析突破,要點研析突破,速效提升訓練,速效提升訓練,2.如圖所示為“濾速器”裝置示意圖，a、b為水平放置的平行金屬板，其電容為C，板間距離為d，平行板內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B.a、b板帶上電荷，可在平行板內(nèi)產(chǎn)生勻強電場，且電場方向和磁場方向互相垂直.一帶電粒子以速度v0經(jīng)小孔進入正交電磁場可沿直線OO運動，由O射出，粒子所受重力不計，則a板所帶電荷情況是(C)A.帶正電，其電荷量為B.帶負電，其電荷量為C.帶正電，其電荷量為D.帶負電，其電荷量為,速效提升訓練,解析：設(shè)粒子的電荷量為q，a板電荷量為Q，粒子在電磁場中做直線運動，qE=qv0B，其中EU/d，而U=Q/C,聯(lián)立解得Q=CBdv0；假設(shè)粒子帶正電，根據(jù)左手定則，粒子受到的洛倫茲力方向向上，那么電場力方向向下，則a板帶正電同理，若粒子帶負電，也可以判斷出a板帶正電，選項C正確,速效提升訓練,3.(2016武漢大學附中月考)回旋加速器在科學研究中得到了廣泛應(yīng)用，其原理如圖所示：D1和D2是兩個中空的半圓形金屬盒，置于與盒面垂直的勻強磁場中，它們接在電壓為U、周期為T的交流電源上.位于D1圓心處的質(zhì)子源A能不斷產(chǎn)生質(zhì)子(初速度可以忽略)，它們在兩盒之間被電場加速，當質(zhì)子被加速到最大動能Ek后，再將它們引出.忽略質(zhì)子在電場中的運動時間，則下列說法中正確的是(D)A.若只增大交變電壓U，則質(zhì)子的最大動能Ek會變大B.若只增大交變電壓U，則質(zhì)子在回旋加速器中運行時間會變長C.若只將交變電壓的周期變?yōu)?T，仍可用此裝置加速質(zhì)子D.質(zhì)子第n次被加速前后的軌道半徑之比為n-1:n,解析：,速效提升訓練,速效提升訓練,速效提升訓練,速效提升訓練,5.(2016上海奉賢區(qū)期中綜合練習)如圖所示，A板左側(cè)存在著水平向左的勻強電場E1，A板上有一水平小孔正對右側(cè)豎直屏上的O點，A板與屏之間距離為L，A板與屏之間存在豎直向下的勻強電場E2和垂直紙面向外的勻強磁場.一個帶負電的可視為質(zhì)點的微粒從P點以某一初速度v0豎直向上射人電場，經(jīng)時間0.4s恰好從A板中的小孔水平進入右側(cè)區(qū)域，并做勻速圓周運動，最終打在屏上的C處.已知微粒電荷量和質(zhì)量的比值q/m25C/kg，磁感應(yīng)強度B0.1T，A板與屏之間距離L0.2m，屏上C點離O點的距離為h/15m不考慮微粒對電場和磁場的影響，取g10m/s2.求：(1)勻強電場E2的大小；(2)微粒從A板小孔射入速度v的大小；(3)勻強電場E1的大小；(4)微粒從P點運動到C點的總時間,速效提升訓練,解析：(1)由微粒進入A板右側(cè)區(qū)域做勻速圓周運動的條件，可得qE2=mg,E2=mg/q=10/25N/C=0.4N/C