2025年高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件 第11章 專題強(qiáng)化15 帶電粒子在組合場中的運(yùn)動(dòng)

第十一章磁場專題強(qiáng)化十五帶電粒子在組合場中的運(yùn)動(dòng)核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破提能訓(xùn)練練案[56]名師講壇·素養(yǎng)提升核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破1組合場應(yīng)用實(shí)例(基礎(chǔ)考點(diǎn)·自主探究)1．質(zhì)譜儀(1)作用測量帶電粒子質(zhì)量和分離同位素。(2)原理(如圖所示)2．回旋加速器(1)構(gòu)造：如圖所示，D1、D2是半圓形金屬盒，D形盒處于勻強(qiáng)磁場中，D形盒的縫隙處接交流電源。(2)工作原理①交流電周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等；②粒子每經(jīng)過一次D形盒縫隙，粒子被加速一次。(3)最大動(dòng)能(4)粒子運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間【跟蹤訓(xùn)練】(質(zhì)譜儀)(2023·福建卷)阿斯頓(F.Aston)借助自己發(fā)明的質(zhì)譜儀發(fā)現(xiàn)了氖等元素的同位素而獲得諾貝爾獎(jiǎng)，質(zhì)譜儀分析同位素簡化的工作原理如圖所示。在PP′上方存在一垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。兩個(gè)氖離子在O處以相同速度v垂直磁場邊界入射，在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，分別落在M和N處。已知某次實(shí)驗(yàn)中，v＝9.6×104m/s，B＝0.1T，落在M處氖離子比荷(電荷量和質(zhì)量之比)為4.8×106C/kg；P、O、M、N、P′在同一直線上；離子重力不計(jì)。(1)求OM的長度；(2)若ON的長度是OM的1.1倍，求落在N處氖離子的比荷。[答案]

(1)0.4m

(2)4.4×106C/kgC 2帶電粒子在組合場中的運(yùn)動(dòng)(能力考點(diǎn)·深度研析)1．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)。2．“磁偏轉(zhuǎn)”和“電偏轉(zhuǎn)”的比較

電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)條件帶電粒子以v⊥E進(jìn)入勻強(qiáng)電場帶電粒子以v⊥B進(jìn)入勻強(qiáng)磁場示意圖受力情況只受恒定的靜電力只受大小恒定的洛倫茲力運(yùn)動(dòng)情況類平拋運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)軌跡拋物線圓弧3.常見粒子的運(yùn)動(dòng)及解題方法?考向1磁場與磁場的組合磁場與磁場的組合問題實(shí)質(zhì)就是兩個(gè)有界磁場中的圓周運(yùn)動(dòng)問題，帶電粒子在兩個(gè)磁場中的速度大小相同，但軌跡半徑和運(yùn)動(dòng)周期往往不同。解題時(shí)要充分利用兩段圓弧軌跡的銜接點(diǎn)與兩圓心共線的特點(diǎn)，進(jìn)一步尋找邊角關(guān)系。(2023·浙江卷改編)利用磁場實(shí)現(xiàn)離子偏轉(zhuǎn)是科學(xué)儀器中廣泛應(yīng)用的技術(shù)。如圖所示，Oxy平面(紙面)的第一象限內(nèi)有足夠長且寬度均為L、邊界均平行x軸的區(qū)域Ⅰ和Ⅱ，其中區(qū)域Ⅰ存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1的勻強(qiáng)磁場，區(qū)域Ⅱ存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2的勻強(qiáng)磁場，方向均垂直紙面向里，區(qū)域Ⅱ的下邊界與x軸重合。位于(0,3L)處的離子源能釋放出質(zhì)量為m、電荷量為q、速度方向與x軸夾角為60°的正離子束，沿紙面射向磁場區(qū)域。不計(jì)離子的重力及離子間的相互作用，并忽略磁場的邊界效應(yīng)。(1)求離子不進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ的最大速度v1及其在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t；[解析]

(1)當(dāng)離子不進(jìn)入磁場Ⅱ速度最大時(shí)，軌跡與邊界相切，則由幾何關(guān)系r1cos60°＝r1－L解得r1＝2L可知r1＝2r2粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡如圖，設(shè)O1O2與磁場邊界夾角為α，由幾何關(guān)系?考向2先電場后磁場

解答電場與磁場組合問題解題思路(1)畫運(yùn)動(dòng)軌跡：根據(jù)受力分析和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，大致畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡圖。(2)找關(guān)鍵點(diǎn)：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。(3)劃分過程：將粒子運(yùn)動(dòng)的過程劃分為幾個(gè)不同的階段，對不同的階段選取不同的規(guī)律處理。(1)現(xiàn)要求所有電子均能平行進(jìn)入金屬板間，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小；(2)若電子初速度滿足(1)的條件且進(jìn)入收集裝置時(shí)在豎直方向分布均勻，單位時(shí)間內(nèi)電子數(shù)為n，求平行金屬板的收集效率和單位時(shí)間內(nèi)電子減少的總電勢能；(3)在(2)中未能收集的電子離開平行金屬板后與BC板發(fā)生碰撞，要求電子垂直撞擊BC板，應(yīng)調(diào)整θ為多少？調(diào)整后與BC撞擊的電子有60%被完全吸收，40%電子會(huì)被反彈，反彈后的速度大小減小為原來的一半，求BC板受到的作用力大小。?考向4粒子在組合場中的多次運(yùn)動(dòng)問題(2023·山東卷)如圖所示，在0≤x≤2d,0≤y≤2d的區(qū)域中，存在沿y軸正方向、場強(qiáng)大小為E的勻強(qiáng)電場，電場的周圍分布著垂直紙面向外的恒定勻強(qiáng)磁場。一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為q的帶正電粒子從OP中點(diǎn)A進(jìn)入電場(不計(jì)粒子重力)。(1)若粒子初速度為零，粒子從上邊界垂直QN第二次離開電場后，垂直NP再次進(jìn)入電場，求磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；(2)若改變電場強(qiáng)度大小，粒子以一定的初速度從A點(diǎn)沿y軸正方向第一次進(jìn)入電場、離開電場后從P點(diǎn)第二次進(jìn)入電場，在電場的作用下從Q點(diǎn)離開。①求改變后電場強(qiáng)度E′的大小和粒子的初速度v0；②通過計(jì)算判斷粒子能否從P點(diǎn)第三次進(jìn)入電場。(2)①由題意可知，做出粒子在電場和磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡如圖名師講壇·素養(yǎng)提升帶電粒子在交變場中的運(yùn)動(dòng)1．交變場的常見的類型(1)電場周期性變化，磁場不變。(2)磁場周期性變化，電場不變。(3)電場、磁場均周期性變化。2．分析帶電粒子在交變場中運(yùn)動(dòng)問題的基本思路(1)粒子P的比荷；(2)t＝2t0時(shí)刻粒子P的位置；(3)帶電粒子在運(yùn)動(dòng)中距離原點(diǎn)O的最遠(yuǎn)距離L。(2)如圖1所示，質(zhì)子在磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡與磁場右邊界相切時(shí)半徑最大，B最小，由幾何關(guān)系知R1＋R1cos60°＝d，(3)如圖