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1、專題七帶電粒子在復合場中的運動專題七帶電粒子在復合場中的運動展示考綱展示考綱明晰考向明晰考向方法歸納方法歸納重點點撥重點點撥鎖定考點鎖定考點高效突破高效突破閱卷評析閱卷評析劍指滿分劍指滿分展示考綱展示考綱明晰考向明晰考向重要考點重要考點考題預測考題預測1.1.帶電粒子在勻強電場中帶電粒子在勻強電場中的運動的運動.().()2.2.帶電粒子在勻強磁場中帶電粒子在勻強磁場中的運動的運動.().()電場和磁場是歷年考試題中重點考查區(qū)域電場和磁場是歷年考試題中重點考查區(qū)域, ,尤其是復合場問題中巧妙地把電場、磁場尤其是復合場問題中巧妙地把電場、磁場與牛頓運動定律、物體平衡等知識點聯系與牛頓運動定律、物
2、體平衡等知識點聯系在一起在一起. .預計預計20162016年高考對帶電粒子在組合場、復年高考對帶電粒子在組合場、復合場中的運動會結合牛頓運動定律、功能合場中的運動會結合牛頓運動定律、功能關系等綜合命題關系等綜合命題, ,常以計算題的形式進行考常以計算題的形式進行考查查, ,也有可能以選擇題的形式考查也有可能以選擇題的形式考查; ;帶電粒帶電粒子在復合場中的應用實例子在復合場中的應用實例, ,如回旋加速器、如回旋加速器、質譜儀、磁流體發(fā)電機、電磁流量計及霍質譜儀、磁流體發(fā)電機、電磁流量計及霍爾效應等命題的可能性較大爾效應等命題的可能性較大. .方法歸納方法歸納重點點撥重點點撥一、帶電粒子在區(qū)域
3、性一、帶電粒子在區(qū)域性“組合場組合場”中的運動中的運動1.1.組合場組合場指電場、磁場和重力場有兩種場同時存在指電場、磁場和重力場有兩種場同時存在, ,但各位于一定的區(qū)域內并不但各位于一定的區(qū)域內并不重疊重疊, ,且?guī)щ娏Ｗ釉谝粋€場中只受一種場力的作用且?guī)щ娏Ｗ釉谝粋€場中只受一種場力的作用. .2.2.對對“組合場組合場”問題的處理要點問題的處理要點(1)(1)根據區(qū)域、運動情況的不同根據區(qū)域、運動情況的不同, ,將粒子運動的過程劃分為幾個不同的將粒子運動的過程劃分為幾個不同的階段階段, ,對不同的階段選取不同的規(guī)律處理對不同的階段選取不同的規(guī)律處理. .(2)(2)聯系不同階段運動的物理量是
4、速度聯系不同階段運動的物理量是速度, ,因此確定帶電粒子在場區(qū)邊界因此確定帶電粒子在場區(qū)邊界的速度的速度( (包括大小和方向包括大小和方向) )是解決該類問題的關鍵是解決該類問題的關鍵. .二、帶電粒子在疊加場中的運動二、帶電粒子在疊加場中的運動類型和規(guī)律分析如表所示類型和規(guī)律分析如表所示類型類型運動性質運動性質軌道軌道約束約束疊加場疊加場種類種類受力情況受力情況無軌道約束無軌道約束 重力場、磁場并存重力場、磁場并存 重力、洛倫茲力重力、洛倫茲力(1)(1)若重力和洛倫若重力和洛倫茲力平衡茲力平衡, ,則帶電則帶電體做勻速直線運動體做勻速直線運動(2)(2)若重力和洛倫若重力和洛倫茲力不平衡茲
5、力不平衡, ,則帶則帶電體將做復雜的曲電體將做復雜的曲線運動線運動鎖定考點鎖定考點高效突破高效突破考點一考點一帶電粒子在區(qū)域組合場中的運動帶電粒子在區(qū)域組合場中的運動典例典例 (2015(2015贛州市一模贛州市一模) )扭擺器是同步輻射裝置中的插入件扭擺器是同步輻射裝置中的插入件, ,能使粒能使粒子的運動軌跡發(fā)生扭擺子的運動軌跡發(fā)生扭擺. .其簡化模型如圖所示其簡化模型如圖所示:,:,兩處的條形勻強磁兩處的條形勻強磁場區(qū)邊界豎直場區(qū)邊界豎直, ,相距為相距為L,L,磁場方向相反且垂直于紙面磁場方向相反且垂直于紙面. .一質量為一質量為m m、電荷、電荷量為量為-q-q、重力不計的粒子、重力不
6、計的粒子, ,從靠近平行板電容器從靠近平行板電容器MNMN板處由靜止釋放板處由靜止釋放, ,極極板間電壓為板間電壓為U,U,粒子經電場加速后平行于紙面射入粒子經電場加速后平行于紙面射入區(qū)區(qū), ,射入時速度與水射入時速度與水平方向的夾角平方向的夾角=30=30. .(1)(1)當當區(qū)寬度區(qū)寬度L L1 1=L,=L,磁感應強度大磁感應強度大小小B B1 1=B=B0 0時時, ,粒子從粒子從區(qū)右邊界射出區(qū)右邊界射出時速度與水平方向夾角也為時速度與水平方向夾角也為3030, ,求求B B0 0及粒子在及粒子在區(qū)運動的時間區(qū)運動的時間t;t;思路探究思路探究 (1)(1)平行板電容器的作用是什么平行
7、板電容器的作用是什么? ?帶電粒子在磁場中做什帶電粒子在磁場中做什么運動么運動? ?答案答案: :使粒子得到射入磁場確定的速度使粒子得到射入磁場確定的速度; ;勻速圓周運動勻速圓周運動. .(2)(2)若若區(qū)寬度區(qū)寬度L L2 2=L=L1 1=L,=L,磁感應強度大小磁感應強度大小B B2 2=B=B1 1=B=B0 0, ,求粒子在求粒子在區(qū)的最高點區(qū)的最高點與與區(qū)的最低點之間的高度差區(qū)的最低點之間的高度差h;h;思路探究思路探究(2)(2)若要求粒子能返回若要求粒子能返回區(qū)區(qū), ,粒子在粒子在區(qū)的軌跡應滿足什么區(qū)的軌跡應滿足什么條件條件? ?答案答案: :滿足的臨界條件是軌跡與滿足的臨界
8、條件是軌跡與區(qū)右邊界相切區(qū)右邊界相切. .(3)(3)若若L L2 2=L=L1 1=L,B=L,B1 1=B=B0 0, ,為使粒子能返回為使粒子能返回區(qū)區(qū), ,求求B B2 2應滿足的條件應滿足的條件. .以例說法以例說法 帶電粒子在區(qū)域組合場中運動的分析方法帶電粒子在區(qū)域組合場中運動的分析方法(1)(1)要清楚場的性質、方向、強弱、范圍等要清楚場的性質、方向、強弱、范圍等. .(2)(2)帶電粒子依次通過不同場區(qū)時帶電粒子依次通過不同場區(qū)時, ,由受力情況確定粒子在不同區(qū)域的運由受力情況確定粒子在不同區(qū)域的運動情況動情況. .一般在磁場中做圓周運動一般在磁場中做圓周運動, ,在電場中做加
9、速直線或類平拋運動在電場中做加速直線或類平拋運動. .(3)(3)正確地畫出粒子的運動軌跡圖正確地畫出粒子的運動軌跡圖. .(4)(4)根據區(qū)域和運動規(guī)律的不同根據區(qū)域和運動規(guī)律的不同, ,將粒子運動的過程劃分為幾個不同的階將粒子運動的過程劃分為幾個不同的階段段, ,對不同的階段選取不同的規(guī)律處理對不同的階段選取不同的規(guī)律處理. .(5)(5)要明確帶電粒子通過不同場區(qū)的交界處時速度大小和方向的關系要明確帶電粒子通過不同場區(qū)的交界處時速度大小和方向的關系, ,上上一個區(qū)域的末速度往往是下一個區(qū)域的初速度一個區(qū)域的末速度往往是下一個區(qū)域的初速度. .針對訓練針對訓練 帶電粒子帶電粒子在區(qū)域組合場
10、中的運動在區(qū)域組合場中的運動(2015(2015浙江五校聯考浙江五校聯考) )一宇宙人在太空一宇宙人在太空( (那里重力可以忽略不計那里重力可以忽略不計) )玩壘球玩壘球. .遼闊的太空球場半側為勻強電場遼闊的太空球場半側為勻強電場, ,場強為場強為E,E,另半側為勻強磁場另半側為勻強磁場, ,磁感應強磁感應強度為度為B,B,電場和磁場的分界面為平面電場和磁場的分界面為平面, ,電場方向與界面垂直電場方向與界面垂直, ,磁場方向垂直磁場方向垂直紙面向里紙面向里. .宇宙人位于電場一側的宇宙人位于電場一側的P P點點,O,O點是點是P P點至界面垂線的垂足點至界面垂線的垂足, ,如圖如圖所示所示
11、, ,現有三個質量相等的壘球現有三個質量相等的壘球, ,其中壘球其中壘球1 1號與壘球號與壘球2 2號帶電荷量相同號帶電荷量相同( (帶負電帶負電),),壘球壘球3 3號不帶電號不帶電. .且宇宙人每次都是從同一點且宇宙人每次都是從同一點P P投出壘球投出壘球. .宇宙宇宙人先在人先在P P點由靜止釋放壘球點由靜止釋放壘球1 1號號, ,間隔時間間隔時間T T后以一定初速度后以一定初速度v v1 1平行于界面平行于界面向左拋出壘球向左拋出壘球2 2號號, ,壘球壘球2 2號第一次到達界面時剛好與第二次到達界面的號第一次到達界面時剛好與第二次到達界面的壘球壘球1 1號相碰號相碰. .(1)(1)
12、試求壘球試求壘球2 2號拋出時初速度號拋出時初速度v v1 1的大小的大小; ;(2)(2)試求壘球試求壘球1 1號的比荷大小號的比荷大小; ;考點二考點二帶電粒子在交替組合場中的運動帶電粒子在交替組合場中的運動典例典例 (2015(2015上饒市一模上饒市一模) )如圖所示如圖所示, ,在以坐標原點在以坐標原點O O為圓心為圓心, ,半徑為半徑為R R的半圓的半圓形區(qū)域內形區(qū)域內, ,有相互垂直的勻強電場和勻強磁場有相互垂直的勻強電場和勻強磁場, ,電場強度為電場強度為E,E,方向沿方向沿x x軸負軸負方向方向, ,勻強磁場方向垂直于勻強磁場方向垂直于xOyxOy平面平面. .一帶負電的粒子
13、一帶負電的粒子( (不計重力不計重力) )從從P(0,-R)P(0,-R)點沿點沿y y軸正方向以某一速度射入軸正方向以某一速度射入, ,帶電粒子恰好做勻速直線運動帶電粒子恰好做勻速直線運動, ,經時間經時間t t0 0從從O O點射出點射出. .(1)(1)求勻強磁場的大小和方向求勻強磁場的大小和方向; ;審題突破審題突破以例說法以例說法 帶電粒子在交替組合場中運動問題的分析方法帶電粒子在交替組合場中運動問題的分析方法(1)(1)根據題意尋找兩種場之間的關系根據題意尋找兩種場之間的關系( (表達式或方向關系表達式或方向關系).).(2)(2)明確電場或磁場單獨存在時帶電粒子的受力情況及運動情
14、況明確電場或磁場單獨存在時帶電粒子的受力情況及運動情況, ,正確正確地畫出帶電粒子的運動軌跡地畫出帶電粒子的運動軌跡. .(3)(3)根據不同的運動選擇相應的物理規(guī)律建立方程根據不同的運動選擇相應的物理規(guī)律建立方程, ,必要時找出與之對必要時找出與之對應的幾何關系并列式應的幾何關系并列式. .針對訓練針對訓練(2)(2)如果只讓電場存在如果只讓電場存在, ,請計算熒光屏上出現的所有亮點的位置坐標請計算熒光屏上出現的所有亮點的位置坐標. .答案答案: :見解析見解析考點三考點三帶電粒子在疊加場中的運動帶電粒子在疊加場中的運動典例典例思路探究思路探究 (1)(1)粒子在勻速直線運動過程中受幾個力作
15、用粒子在勻速直線運動過程中受幾個力作用? ?答案答案:3:3個個, ,重力、電場力和洛倫茲力重力、電場力和洛倫茲力. .答案答案: :(1)2 (1)2 m/sm/s方向與方向與x x軸成軸成6060角斜向上角斜向上答案答案: : (2)1.0 N/C(2)1.0 N/C方向豎直向上方向豎直向上(2)(2)帶電粒子在帶電粒子在xOyxOy平面內做勻速圓周運動時電場強度的大小和方向平面內做勻速圓周運動時電場強度的大小和方向; ;思路探究思路探究(2)(2)粒子能夠做勻速圓周運動的條件是什么粒子能夠做勻速圓周運動的條件是什么? ?答案答案: :重力與電場力平衡重力與電場力平衡. .(3)(3)若勻
16、速圓周運動時恰好未離開第若勻速圓周運動時恰好未離開第象限象限,x,x軸上入射點軸上入射點P P的位置應滿足的位置應滿足何條件何條件? ?思路探究思路探究(3)(3)粒子未離開第粒子未離開第象限的臨界條件是什么象限的臨界條件是什么? ?答案答案: :圓周運動軌跡恰好與坐標軸相切圓周運動軌跡恰好與坐標軸相切. .答案答案: : (3)(3)入射點入射點P P離離O O點距離至少為點距離至少為0.27 m0.27 m以例說法以例說法 帶電粒子在復合場中運動的分析方法帶電粒子在復合場中運動的分析方法(1)(1)帶電粒子運動類型及受力條件歸納帶電粒子運動類型及受力條件歸納(2)(2)分析粒子經過復合場時
17、的受力和運動情況并畫出運動軌跡分析粒子經過復合場時的受力和運動情況并畫出運動軌跡, ,根據不同根據不同的運動過程及物理模型選擇合適的物理規(guī)律列方程求解的運動過程及物理模型選擇合適的物理規(guī)律列方程求解. .特別注意臨界特別注意臨界狀態(tài)或隱含條件的挖掘狀態(tài)或隱含條件的挖掘, ,應以題目中的應以題目中的“恰好恰好”“”“最大最大”“”“最高最高”“”“至至少少”等詞語為突破口等詞語為突破口, ,并根據臨界條件列出輔助方程并根據臨界條件列出輔助方程. .針對訓練針對訓練 帶電粒子在疊加場中的運動帶電粒子在疊加場中的運動如圖所示如圖所示, ,位于豎直平面內的坐標系位于豎直平面內的坐標系xOyxOy, ,
18、在其第三象限空間有垂直于紙在其第三象限空間有垂直于紙面向外的勻強磁場面向外的勻強磁場, ,磁感應強度大小為磁感應強度大小為B=0.5 T,B=0.5 T,還有沿還有沿x x軸負方向的勻強軸負方向的勻強電場電場, ,電場強度大小為電場強度大小為E=2 N/C.E=2 N/C.在其第一象限空間有沿在其第一象限空間有沿y y軸負方向的、電軸負方向的、電場強度大小也為場強度大小也為E E的勻強電場的勻強電場, ,并在并在yh=0.4 myh=0.4 m的區(qū)域有磁感應強度也為的區(qū)域有磁感應強度也為B B的垂直于紙面向里的勻強磁場的垂直于紙面向里的勻強磁場. .一個帶電荷量為一個帶電荷量為q q的油滴從圖
19、中第三象限的油滴從圖中第三象限的的P P點得到一初速度點得到一初速度, ,恰好能沿恰好能沿POPO做勻速直線運動做勻速直線運動(PO(PO與與x x軸負方向的夾角軸負方向的夾角為為=45=45),),并從原點并從原點O O進入第一象限進入第一象限. .已知重力加速度已知重力加速度g=10 m/sg=10 m/s2 2, ,求求: :(1)(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之比, ,并指出油滴帶何種電荷并指出油滴帶何種電荷; ;(2)(2)油滴在油滴在P P點得到的初速度大小點得到的初速度大小; ;(3)
20、(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. .考點四考點四 帶電粒子在周期性變化的電、磁場中的運動帶電粒子在周期性變化的電、磁場中的運動審題突破審題突破以例說法以例說法 解決帶電粒子在周期性變化的電、磁場中運動問題解決帶電粒子在周期性變化的電、磁場中運動問題“三三步走步走”針對訓練針對訓練閱卷評析閱卷評析劍指滿分劍指滿分帶電粒子在組合場中的運動問題帶電粒子在組合場中的運動問題(2)(2)離子從離子從P P點進入點進入,Q,Q點射出點射出, ,通道內勻強磁場的磁感應強度應降為通道內勻強磁場的磁感應強度應降為B,B,求求B;B;【評分細則評分細則】各各3 3分分; ;各各2 2分分.
21、 .【失分警示失分警示】(1)(1)未能理解弧形引出通道就是以未能理解弧形引出通道就是以OO為圓心的一段圓弧為圓心的一段圓弧, ,粒子被引出必須粒子被引出必須做以做以OO為圓心的圓周運動為圓心的圓周運動. .(2)(2)錯誤地認為錯誤地認為L L是引出圓弧的半徑是引出圓弧的半徑, ,未能利用幾何關系確定未能利用幾何關系確定OO的位置并的位置并求出半徑求出半徑. .(3)(3)在第在第(3)(3)問中問中, ,不能正確理解不能正確理解“徑向電場徑向電場”的含意的含意, ,把把“徑向電場徑向電場”理理解為勻強電場解為勻強電場. .【搶分策略搶分策略】 ( (1 1) )一般大型計算題一般大型計算題
22、, ,第一問是送分的第一問是送分的, ,只要對本題能基本理解完成只要對本題能基本理解完成本題步本題步, ,得得6 6分分. .( (2 2) )細心審題細心審題, ,就能抓住就能抓住“通道圓心位于通道圓心位于OO點點”給出的信息給出的信息, ,利用利用“磁場中粒子的圓周運動磁場中粒子的圓周運動”最基本的最基本的“找圓心、畫軌跡、確定半找圓心、畫軌跡、確定半徑徑”, ,結合幾何關系和余弦定理結合幾何關系和余弦定理, ,即可得到半徑即可得到半徑R R, ,比較輕松地完成比較輕松地完成步步, ,再得再得8 8分分. .( (3 3) )理解理解“徑向徑向”、“電場電場”關鍵詞關鍵詞, ,得出粒子進入疊加場并只在以得出粒子進入疊加場并只在以OO為圓心的半徑方向受電場力和洛倫茲力為圓心的半徑方向受電場力和洛倫茲力. .進一步推理進一步推理: :半徑由半徑由r r變變?yōu)闉镽 R, ,半徑變大半徑變大, ,速率不變速率不變, ,向心力變小向心力變小, ,推理得出電場力及電場方向推理得出電場力及電場方向. .列出圓周運動中牛頓第二定律列出圓周運動中牛頓第二定律, ,解決步解決步, ,又拿下又拿下5 5分分, ,再一步推導再一步推導完成步再得完成步再得3 3分分. .
高三物理二輪復習 專題七 帶電粒子在復合場中的運動課件1
