202X高考物理專題突破帶電粒子在復(fù)合場中的運動52ppt課件魯科版選修3_1

1、專題突破帶電粒子在復(fù)合場中的運動專題突破帶電粒子在復(fù)合場中的運動突破一帶電粒子在組合場中的運動突破一帶電粒子在組合場中的運動（1）劃分過程：將粒子運動的過程劃分為幾個不同的階段，對不同的階段選取不）劃分過程：將粒子運動的過程劃分為幾個不同的階段，對不同的階段選取不同的規(guī)律處理。同的規(guī)律處理。（2）找關(guān)鍵點：確定帶電粒子在場區(qū)邊界的速度（包括大小和方向）是解決該類）找關(guān)鍵點：確定帶電粒子在場區(qū)邊界的速度（包括大小和方向）是解決該類問題的關(guān)鍵。問題的關(guān)鍵。（3）畫運動軌跡：根據(jù)受力分析和運動分析，大致畫出粒子的運動軌跡圖，有利）畫運動軌跡：根據(jù)受力分析和運動分析，大致畫出粒子的運動軌跡圖，有利于形

2、象、直觀地解決問題。于形象、直觀地解決問題。1.組合場：組合場：電場與磁場各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊，電場、磁場交替出現(xiàn)。電場與磁場各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊，電場、磁場交替出現(xiàn)。2.分析思路分析思路3.組合場中的兩種典型偏轉(zhuǎn)組合場中的兩種典型偏轉(zhuǎn)1.如圖如圖2所示，在第所示，在第象限內(nèi)有沿象限內(nèi)有沿x軸正方向的勻強電場，軸正方向的勻強電場，電場強度為電場強度為E，在第，在第、象限內(nèi)分別存在如圖所示的勻象限內(nèi)分別存在如圖所示的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小相等。有一個帶電粒子以垂直強磁場，磁感應(yīng)強度大小相等。有一個帶電粒子以垂直于于x軸的初速度軸的初速度v0從從x軸上的軸上的P點進入勻強電場中，

3、并且恰點進入勻強電場中，并且恰好與好與y軸的正方向成軸的正方向成45角進入磁場，又恰好垂直于角進入磁場，又恰好垂直于x軸軸進入第進入第象限的磁場。已知象限的磁場。已知O、P之間的距離為之間的距離為d，則帶電粒子在磁場中第二次經(jīng)過，則帶電粒子在磁場中第二次經(jīng)過x軸時，在電場和磁場中運動的總時間為軸時，在電場和磁場中運動的總時間為 （）（）答案答案D圖圖3（1）粒子在磁場中的運動半徑）粒子在磁場中的運動半徑R0；（2）從坐標（）從坐標（0，0.18 m）處射出磁場的粒子在）處射出磁場的粒子在O點入射方向與點入射方向與y軸夾角軸夾角；（3）N板收集到的粒子占所有發(fā)射粒子的比例板收集到的粒子占所有發(fā)射

4、粒子的比例。解析解析（1）帶電粒子在磁場中做圓周運動，有）帶電粒子在磁場中做圓周運動，有（2）如圖所示，設(shè)從）如圖所示，設(shè)從y0.18 m處出射的粒子對應(yīng)入射方向與處出射的粒子對應(yīng)入射方向與y軸夾角為軸夾角為，由幾何，由幾何關(guān)系可得關(guān)系可得sin 0.8故故53設(shè)此粒子入射時速度方向與設(shè)此粒子入射時速度方向與x軸夾角為軸夾角為，則有，則有yrsin R0R0cos 答案答案（1）0.08 m（2）53（3）29%“五步五步”突破帶電粒子在組合場中的運動問題突破帶電粒子在組合場中的運動問題1.磁場力、重力并存磁場力、重力并存突破突破二二帶電粒子在帶電粒子在疊加疊加場中的運動場中的運動（1）若重力

5、和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運動。）若重力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運動。（2）若重力和洛倫茲力不平衡，則帶電體將做復(fù)雜的曲線運動，因洛倫茲力不做）若重力和洛倫茲力不平衡，則帶電體將做復(fù)雜的曲線運動，因洛倫茲力不做功，故機械能守恒。功，故機械能守恒。2.電場力、磁場力并存（不計重力）電場力、磁場力并存（不計重力）（1）若電場力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運動。）若電場力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運動。（2）若電場力和洛倫茲力不平衡，則帶電體做復(fù)雜的曲線運動，可用動能定理求解。）若電場力和洛倫茲力不平衡，則帶電體做復(fù)雜的曲線運動，可用動能定理求解。3.電場力、磁場力、

6、重力并存電場力、磁場力、重力并存（1）若三力平衡，帶電體做勻速直線運動。）若三力平衡，帶電體做勻速直線運動。（2）若重力與電場力平衡，帶電體做勻速圓周運動。）若重力與電場力平衡，帶電體做勻速圓周運動。（3）若合力不為零，帶電體可能做復(fù)雜的曲線運動，可用能量守恒定律或動能定）若合力不為零，帶電體可能做復(fù)雜的曲線運動，可用能量守恒定律或動能定理求解。理求解。圖圖4【例【例2】如圖如圖4所示，位于豎直平面內(nèi)的坐標系所示，位于豎直平面內(nèi)的坐標系xOy，在其，在其第三象限空間有垂直于紙面向外的勻強磁場，磁感應(yīng)強度第三象限空間有垂直于紙面向外的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為大小為B0.5 T，還有沿，還有沿x

7、軸負方向的勻強電場，電場強度軸負方向的勻強電場，電場強度大小為大小為E2 N/C。在其第一象限空間有沿。在其第一象限空間有沿y軸負方向的、軸負方向的、電場強度大小也為電場強度大小也為E的勻強電場，并在的勻強電場，并在yh0.4 m的區(qū)域的區(qū)域有磁感應(yīng)強度也為有磁感應(yīng)強度也為B的垂直于紙面向里的勻強磁場。一個的垂直于紙面向里的勻強磁場。一個帶電荷量為帶電荷量為q的油滴從圖中第三象限的的油滴從圖中第三象限的P點得到一初速度，點得到一初速度，恰好能沿恰好能沿PO做勻速直線運動（做勻速直線運動（PO與與x軸負方向的夾角為軸負方向的夾角為45），并從原點），并從原點O進入第一象限。已知重力加速度進入第一

8、象限。已知重力加速度g10 m/s2，問：，問：（1）油滴在第三象限運動時受到的重力、電場力、洛倫茲力三力的大小之比，并）油滴在第三象限運動時受到的重力、電場力、洛倫茲力三力的大小之比，并指出油滴帶何種電荷；指出油滴帶何種電荷；（2）油滴在）油滴在P點得到的初速度大??；點得到的初速度大小；（3）油滴在第一象限運動的時間。）油滴在第一象限運動的時間。（3）進入第一象限，電場力和重力平衡，知油滴先做勻速直線運動，進入）進入第一象限，電場力和重力平衡，知油滴先做勻速直線運動，進入yh的的區(qū)域后做勻速圓周運動，軌跡如圖，最后從區(qū)域后做勻速圓周運動，軌跡如圖，最后從x軸上的軸上的N點離開第一象限。點離開

9、第一象限。由由OA勻速運動的位移為勻速運動的位移為油滴從油滴從AC的圓周運動時間為的圓周運動時間為由對稱性知，從由對稱性知，從CN的時間的時間t3t1；在第一象限運動的總時間在第一象限運動的總時間tt1t2t320.1 s0.628 s0.828 s?！叭饺健苯鉀Q帶電粒子在疊加場中的運動問題解決帶電粒子在疊加場中的運動問題A.mambmc B.mbmamcC.mcmamb D.mcmbma1.（2017全國卷全國卷，16）如圖如圖5，空間某區(qū)域存在勻強電場和勻，空間某區(qū)域存在勻強電場和勻強磁場，電場方向豎直向上（與紙面平行），磁場方向垂直于強磁場，電場方向豎直向上（與紙面平行），磁場方向垂

10、直于紙面向里，三個帶正電的微粒紙面向里，三個帶正電的微粒a、b、c電荷量相等，質(zhì)量分別電荷量相等，質(zhì)量分別為為ma、mb、mc，已知在該區(qū)域內(nèi)，已知在該區(qū)域內(nèi)，a在紙面內(nèi)做勻速圓周運動，在紙面內(nèi)做勻速圓周運動，b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運動，在紙面內(nèi)向右做勻速直線運動，c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運在紙面內(nèi)向左做勻速直線運動。下列選項正確的是（）動。下列選項正確的是（）解析解析由題意知，三個帶電微粒受力情況：由題意知，三個帶電微粒受力情況：magqE，mbgqEqvB，mcgqvBqE，所以，所以mbmamc，故選項，故選項B正確，正確，A、C、D錯誤。錯誤。答案答案B2.如圖如圖6所示，在正交的勻

11、強電磁場中有質(zhì)量、電荷量都相同所示，在正交的勻強電磁場中有質(zhì)量、電荷量都相同的兩油滴，的兩油滴，A靜止，靜止，B做半徑為做半徑為R的勻速圓周運動。若的勻速圓周運動。若B與與A相碰并結(jié)合在一起，則它們將相碰并結(jié)合在一起，則它們將 （）（）答案答案B解決帶電粒子在交變電磁場中的運動問題的基本思路解決帶電粒子在交變電磁場中的運動問題的基本思路突破三帶電粒子在交變電磁場中的運動突破三帶電粒子在交變電磁場中的運動圖圖7【例【例3】如圖如圖7甲所示，寬度為甲所示，寬度為d的豎直狹長區(qū)域內(nèi)（邊界為的豎直狹長區(qū)域內(nèi)（邊界為L1、L2），存在垂直紙面），存在垂直紙面向里的勻強磁場和豎直方向的周期性變化的電場（如

12、圖乙所示），電場強度的大小為向里的勻強磁場和豎直方向的周期性變化的電場（如圖乙所示），電場強度的大小為E0，E0表示電場方向豎直向上。表示電場方向豎直向上。t0時，一帶正電、質(zhì)量為時，一帶正電、質(zhì)量為m的微粒從左邊界上的的微粒從左邊界上的N1點以水平速度點以水平速度v射入該區(qū)域，沿直線運動到射入該區(qū)域，沿直線運動到Q點后，做一次完整的圓周運動，再沿點后，做一次完整的圓周運動，再沿直線運動到右邊界上的直線運動到右邊界上的N2點。點。Q為線段為線段N1N2的中點，重力加速度為的中點，重力加速度為g。上述。上述d、E0、m、v、g為已知量。為已知量。（1）求微粒所帶電荷量）求微粒所帶電荷量q和磁感應(yīng)

13、強度和磁感應(yīng)強度B的大??；的大小；（2）求電場變化的周期）求電場變化的周期T；（3）改變寬度）改變寬度d，使微粒仍能按上述運動過程通過相應(yīng)寬度的區(qū)域，求，使微粒仍能按上述運動過程通過相應(yīng)寬度的區(qū)域，求T的最小值。的最小值。解析解析（1）微粒做直線運動，則）微粒做直線運動，則mgqE0qvB，微粒做圓周運動，則微粒做圓周運動，則mgqE0（2）設(shè)微粒從）設(shè)微粒從N1運動到運動到Q的時間為的時間為t1，做圓周運動的周期為，做圓周運動的周期為t2，則，則（3）若微粒能完成題述的運動過程，要求）若微粒能完成題述的運動過程，要求d2R圖圖81.（多選多選）某一空間存在著磁感應(yīng)強度為）某一空間存在著磁感應(yīng)

14、強度為B且大小不變、方向隨時間且大小不變、方向隨時間t做周期性變化的做周期性變化的勻強磁場（如圖勻強磁場（如圖8甲所示），規(guī)定垂直紙面向里的磁場方向為正。為使靜止于該磁場甲所示），規(guī)定垂直紙面向里的磁場方向為正。為使靜止于該磁場中的帶正電的粒子能按中的帶正電的粒子能按abcdef的順序做橫的順序做橫“”“”字曲線運動字曲線運動（即如圖乙所示的軌跡），下列辦法可行的是（粒子只受磁場力的作用，其他力不（即如圖乙所示的軌跡），下列辦法可行的是（粒子只受磁場力的作用，其他力不計）（）計）（）答案答案AD（1）電場變化的周期）電場變化的周期T應(yīng)滿足的條件；應(yīng)滿足的條件；（2）A、B之間的距離；之間的距離

15、；2.如圖如圖9甲所示，空間存在水平方向的大小不變、方甲所示，空間存在水平方向的大小不變、方向周期性變化的電場，其變化規(guī)律如圖乙所示向周期性變化的電場，其變化規(guī)律如圖乙所示（取水平向右為正方向）。一個質(zhì)量為（取水平向右為正方向）。一個質(zhì)量為m、電荷、電荷量為量為q的粒子（重力不計），開始處于圖中的的粒子（重力不計），開始處于圖中的A點。在點。在t0時刻將該粒子由靜止釋放，經(jīng)過時間時刻將該粒子由靜止釋放，經(jīng)過時間t0，剛好運動到剛好運動到B點，且瞬時速度為零。已知電場強度點，且瞬時速度為零。已知電場強度大小為大小為E0。試求；。試求；實例一實例一質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀社會態(tài)度與責(zé)任系列社會態(tài)度與責(zé)任系列復(fù)

16、合場中的復(fù)合場中的STSE問題問題裝置裝置原理圖原理圖規(guī)律規(guī)律質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀1.（多選多選）質(zhì)譜儀最初是由湯姆遜的學(xué)生阿斯頓設(shè)計的，他用）質(zhì)譜儀最初是由湯姆遜的學(xué)生阿斯頓設(shè)計的，他用質(zhì)譜儀證實了同位素的存在。如圖質(zhì)譜儀證實了同位素的存在。如圖10所示，容器所示，容器A中有質(zhì)量中有質(zhì)量分別為分別為m1、m2，電荷量相同的兩種粒子（不考慮粒子重力，電荷量相同的兩種粒子（不考慮粒子重力及粒子間的相互作用），它們從容器及粒子間的相互作用），它們從容器A下方的小孔下方的小孔S1不斷飄不斷飄入電壓為入電壓為U的加速電場（粒子的初速度可視為零），沿直線的加速電場（粒子的初速度可視為零），沿直線S1S2（S2為

17、小孔）與磁場垂直的方向進入磁感應(yīng)強度為為小孔）與磁場垂直的方向進入磁感應(yīng)強度為B、方向垂直紙面向外的勻強磁場中，最后打在水平放置的照相方向垂直紙面向外的勻強磁場中，最后打在水平放置的照相底片上。由于實際加速電壓的大小在底片上。由于實際加速電壓的大小在UU范圍內(nèi)微小變范圍內(nèi)微小變化，這兩種粒子在底片上可能發(fā)生重疊。對此，下列說法正化，這兩種粒子在底片上可能發(fā)生重疊。對此，下列說法正確的有（）確的有（）答案答案ABCA.兩種粒子均帶正電兩種粒子均帶正電B.打在打在M處的粒子質(zhì)量較小處的粒子質(zhì)量較小C.若若U一定，一定，U越大越容易發(fā)生重疊越大越容易發(fā)生重疊D.若若U一定，一定，U越大越容易發(fā)生重疊

18、越大越容易發(fā)生重疊實例二實例二回旋加速器回旋加速器裝置裝置原理圖原理圖規(guī)律規(guī)律回旋加回旋加速器速器A.它們的最大速度相同它們的最大速度相同B.它們的最大動能相同它們的最大動能相同C.兩次所接高頻電源的頻率不相同兩次所接高頻電源的頻率不相同D.僅增大高頻電源的頻率可增大粒子的最大動能僅增大高頻電源的頻率可增大粒子的最大動能答案答案A實例三實例三速度選擇器速度選擇器裝置裝置原理圖原理圖規(guī)律規(guī)律速度選速度選擇器擇器圖圖123.在如圖在如圖12所示的平行板器件中，電場強度所示的平行板器件中，電場強度E和磁和磁感應(yīng)強度感應(yīng)強度B相互垂直。一帶電粒子（重力不計）相互垂直。一帶電粒子（重力不計）從左端以速度

19、從左端以速度v沿虛線射入后做直線運動，則該沿虛線射入后做直線運動，則該粒子（）粒子（）答案答案B實例四實例四電磁流量計電磁流量計裝置裝置原理圖原理圖規(guī)律規(guī)律電磁流電磁流量計量計圖圖13A.水平向左水平向左 B.水平向右水平向右C.豎直向上豎直向上 D.豎直向下豎直向下4.如圖如圖13甲所示為海影號電磁推進試驗艦艇，船體下部的大洞使海水前后貫通。艦艇甲所示為海影號電磁推進試驗艦艇，船體下部的大洞使海水前后貫通。艦艇沿海平面截面圖如圖乙所示，其與海水接觸的兩側(cè)壁沿海平面截面圖如圖乙所示，其與海水接觸的兩側(cè)壁M和和N分別連接艦艇內(nèi)電源的正分別連接艦艇內(nèi)電源的正極和負極，艦艇內(nèi)超導(dǎo)體在極和負極，艦艇內(nèi)超導(dǎo)體在M、N間產(chǎn)生強磁場，使間產(chǎn)生強磁場，使M、N間海水受到磁場力作用被間海水受到磁場力作用被推出，船因此前進。要使圖乙中的艦艇向右前進，則所加磁場的方向應(yīng)為（）推出，船因此前進。要使圖乙中的艦艇向右前進，則所加磁場的方向應(yīng)為（）解析解析圖乙為俯視圖，艦艇向右行駛，必須獲得向圖乙為俯視圖，艦艇向右行駛，必須獲得向右的作用力，由牛頓第三定律知，海水受到的安培右的作用力，由牛頓第三定律知，海水受到的安培力必須向左，力必須向左，M接正極，電流從接正極，電流從M到到N，由左手定，由左手定則知所加磁場方向必須豎直向上，選項則知所加磁場方向必須豎直向上，選項C正確。正