物理第10講 帶電粒子在組合場(chǎng)、復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

專題整合突破專題三電場(chǎng)和磁場(chǎng)專題三電場(chǎng)和磁場(chǎng)第第10講帶電粒子在組合場(chǎng)、復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)講帶電粒子在組合場(chǎng)、復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1 1微網(wǎng)構(gòu)建微網(wǎng)構(gòu)建2 2高考真題高考真題3 3熱點(diǎn)聚焦熱點(diǎn)聚焦4 4復(fù)習(xí)練案復(fù)習(xí)練案微網(wǎng)構(gòu)建微網(wǎng)構(gòu)建高考真題高考真題AmambmcBmbmamcCmcmamb DmcmbmaB (1)求甲種離子打在底片上的位置到N點(diǎn)的最小距離x； (2)在圖中用斜線標(biāo)出磁場(chǎng)中甲種離子經(jīng)過的區(qū)域，并求該區(qū)域最窄處的寬度d； (3)若考慮加速電壓有波動(dòng)，在(U0U)到(U0U)之間變化，要使甲、乙兩種離子在底片上沒有重疊，求狹縫寬度L滿足的條件。 (2)如圖所示 最窄處位于過兩虛線交點(diǎn)的垂線上 解析(1)設(shè)油滴質(zhì)量和電荷量分別為m和q，油滴速度方向向上為正。油滴在電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E1的勻強(qiáng)電場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故勻強(qiáng)電場(chǎng)方向向上。 在t0時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度突然從E1增加至E2時(shí)，油滴做豎直向上的勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度方向向上，大小a1滿足 qE2mgma1 油滴在時(shí)刻t1的速度為 v1v0a1t1 電場(chǎng)強(qiáng)度在時(shí)刻t1突然反向，油滴做勻變速運(yùn)動(dòng)，加速度方向向下，大小a2 滿足qE2mgma2 油滴在時(shí)刻t22t1的速度為 v2v1a2t1 由式得 v2v02gt1 (1)M與N在電場(chǎng)中沿水平方向的位移之比； (2)A點(diǎn)距電場(chǎng)上邊界的高度； (3)該電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小。 (1)小球所受電場(chǎng)力F的大小。 (2)小球的質(zhì)量m。 (3)將電場(chǎng)撤去，小球回到最低點(diǎn)時(shí)速度v的大小。 (1)粒子到達(dá)O點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向； (2)電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小之比。熱點(diǎn)聚焦熱點(diǎn)聚焦 1組合場(chǎng)模型 電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)(或其中兩種場(chǎng))并存，但各位于一定區(qū)域，并且互不重疊的情況。熱點(diǎn)一帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 2帶電粒子在組合場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)的解決方法 (1)要清楚場(chǎng)的性質(zhì)、方向、強(qiáng)弱、范圍等。 (2)帶電粒子依次通過不同場(chǎng)區(qū)時(shí)，由受力情況確定粒子在不同區(qū)域的運(yùn)動(dòng)情況。 (3)正確地畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡圖。 (4)根據(jù)區(qū)域和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的不同，將粒子運(yùn)動(dòng)的過程劃分為幾個(gè)不同的階段，對(duì)不同的階段選取不同的規(guī)律處理。 (5)當(dāng)粒子從一個(gè)場(chǎng)進(jìn)入另一個(gè)場(chǎng)時(shí)，分析轉(zhuǎn)折點(diǎn)處粒子速度的大小和方向往往是解題的突破口。典例典例1 (1)求該粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小和方向； (2)在磁場(chǎng)區(qū)域放置絕緣擋板BD，擋板與L1交于C點(diǎn)，已知OCOB，BC2CD。粒子與擋板BD碰撞前后粒子平行于擋板的分速度不變，垂直于擋板的分速度大小不變，方向反向。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度在B1BB2取值時(shí)，恰好所有取值都能使由B點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)的粒子不與擋板的CD段碰撞，并能從L2上的OB段射出磁場(chǎng)，求：B1、B2的值，求：粒子離開磁場(chǎng)的位置到O點(diǎn)的最遠(yuǎn)距離。(不考慮粒子再次進(jìn)入磁場(chǎng)的情況，也不考慮B1BB2以外的取值) (1)求此電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小E； (2)若粒子能在OL與x軸所圍區(qū)間內(nèi)返回到虛線OL上，求粒子從M點(diǎn)出發(fā)到第二次經(jīng)過OL所需要的最長(zhǎng)時(shí)間。 1復(fù)合場(chǎng)模型 電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)(或其中兩種場(chǎng))并存于同一區(qū)域的情況。 2帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況分析 (1)當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中所受合力為零時(shí)，做勻速直線運(yùn)動(dòng)(如速度選擇器)或處于靜止?fàn)顟B(tài)。 (2)當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場(chǎng)力等值反向，洛倫茲力提供向心力時(shí)，帶電粒子在垂直于于磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。熱點(diǎn)二帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 3帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的受力情況分析 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題是電磁學(xué)知識(shí)和力學(xué)知識(shí)的結(jié)合，分析方法和力學(xué)問題的分析方法基本相同，即均用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)、能量觀點(diǎn)來分析，不同之處是多了電場(chǎng)力、洛倫茲力，二力的特點(diǎn)是電場(chǎng)力做功與路徑無關(guān)，洛倫茲力方向始終和運(yùn)動(dòng)速度方向垂直永不做功等。典例典例2 (1)油滴在第三象限運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的重力、電場(chǎng)力、洛倫茲力三力的大小之比，并指出油滴帶何種電荷； (2)油滴在P點(diǎn)得到的初速度大??； (3)油滴在第一象限運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。 解析(1)根據(jù)受力分析(如圖)可知油滴帶負(fù)電荷 (1)碰前A球的速度； (2)碰后A球的速度； (3)若碰后電場(chǎng)方向反向(桌面足夠長(zhǎng))，小球A在碰撞結(jié)束后，到剛離開桌面運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程中，合力對(duì)A球所做的功。 解析(1)設(shè)小球A勻速運(yùn)動(dòng)的速度為vA1，從A到B的過程中勻速運(yùn)動(dòng)，由平衡條件可得：qEf 而fFN、FNqBvA1mAg 所以qE(qBvA1mAg) 代入數(shù)據(jù)得vA12 m/s 1帶電粒子在交變電場(chǎng)或磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況比較復(fù)雜，一定要從粒子的受力情況分析，分析清楚粒子在不同時(shí)間間隔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況。 (1)若交變電壓的變化周期遠(yuǎn)大于粒子穿越電場(chǎng)的時(shí)間或粒子穿越電場(chǎng)的時(shí)間極短可忽略，則粒子在穿越電場(chǎng)的過程中，電場(chǎng)可看作勻強(qiáng)電場(chǎng)。 (2)空間存在的電場(chǎng)或磁場(chǎng)是時(shí)間周期性變化的，一般呈現(xiàn)“矩形波”的特點(diǎn)。交替變化的電場(chǎng)及磁場(chǎng)會(huì)使帶電粒子依次經(jīng)過不同特點(diǎn)的電場(chǎng)或磁場(chǎng)或復(fù)合場(chǎng)，從而表現(xiàn)出“多過程”現(xiàn)象，其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)既復(fù)雜又隱蔽。熱點(diǎn)三帶電粒子在交變電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 2帶電粒子在交變電、磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的分析方法 (1)仔細(xì)分析并確定各場(chǎng)的變化特點(diǎn)及相應(yīng)的時(shí)間，其變化周期一般與粒子在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期有一定的聯(lián)系，應(yīng)抓住變化周期與運(yùn)動(dòng)周期之間的聯(lián)系作為解題的突破口。 (2)必要時(shí)，可把粒子的運(yùn)動(dòng)過程還原成一個(gè)直觀的運(yùn)動(dòng)軌跡草圖進(jìn)行分析。 (3)把粒子的運(yùn)動(dòng)分解成多個(gè)運(yùn)動(dòng)階段分別進(jìn)行處理，根據(jù)第一階段上的受力情況確定粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 典例典例3 故粒子從t0時(shí)刻開始運(yùn)動(dòng)的一個(gè)周期內(nèi)的軌跡如圖所示。 (1)求勻強(qiáng)電場(chǎng)E的大??； (2)求勻強(qiáng)磁場(chǎng)B的大小； (3)若當(dāng)電子到達(dá)M點(diǎn)時(shí)，在正方形區(qū)域換加如圖乙所示周期性變化的磁場(chǎng)(以垂直于紙面向外為磁場(chǎng)正方向)，最后電子運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后從N點(diǎn)飛出，求正方形磁場(chǎng)區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度B0大小的表達(dá)式、磁場(chǎng)變化周期T與B0的關(guān)系式。 解析(1)電子飛出電場(chǎng)的方向與x軸成30 (3)若電子從N點(diǎn)飛出，在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)如圖所示