高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題整合高頻突破 專題九 帶電粒子在組合、復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件.ppt

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,專題九 帶電粒子在組合、 復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),-2-,知識(shí)脈絡(luò)梳理,-3-,規(guī)律方法導(dǎo)引,1.知識(shí)規(guī)律 (1)做好“兩個(gè)區(qū)分”。 ①正確區(qū)分重力、電場(chǎng)力、洛倫茲力的大小、方向及做功特點(diǎn); ②正確區(qū)分“電偏轉(zhuǎn)”和“磁偏轉(zhuǎn)”的不同。 (2)抓住“兩個(gè)技巧”。 ①按照帶電粒子運(yùn)動(dòng)的先后順序,將整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程劃分成不同特點(diǎn)的小過(guò)程; ②善于畫出幾何圖形處理幾何關(guān)系,要有運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問(wèn)題的習(xí)慣。 2.思想方法 (1)物理思想:模型思想、分解思想、等效思想。 (2)物理方法:理想化模型法、分解法、對(duì)稱法、臨界法。,-4-,命題一,命題二,命題三,帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 主要以計(jì)算題的形式考查帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。所謂組合場(chǎng)就是電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)在不同的空間或不同時(shí)間在同一空間存在的場(chǎng)。,-5-,例1(2015廣東深圳聯(lián)考)如圖所示,內(nèi)圓半徑為r、外圓半徑為3r的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。圓環(huán)左側(cè)的平行板電容器兩板間電壓為U,靠近M板處?kù)o止釋放質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子,經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速后從N板小孔射出,并沿圓環(huán)直徑方向射入磁場(chǎng),不計(jì)離子的重力,忽略平行板外的電場(chǎng)。求: (1)離子從N板小孔射出時(shí)的速率; (2)離子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期; (3)使離子不進(jìn)入小圓區(qū)域,電壓U的取值范圍。,命題一,命題二,命題三,-6-,命題一,命題二,命題三,,-7-,思維導(dǎo)引,命題一,命題二,命題三,-8-,規(guī)律方法 帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的處理方法 不論帶電粒子是先后在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),還是先后在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。解決方法如下: (1)分別研究帶電粒子在不同場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,若垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向進(jìn)入,則做勻速圓周運(yùn)動(dòng);在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,若速度方向與電場(chǎng)方向在同一直線上,則做勻變速直線運(yùn)動(dòng),若進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度方向與電場(chǎng)方向垂直,則做類平拋運(yùn)動(dòng)。根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律分別求解。 (2)帶電粒子經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)利用圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律結(jié)合幾何關(guān)系來(lái)處理。 (3)注意分析磁場(chǎng)和電場(chǎng)邊界處或交接點(diǎn)位置粒子速度的大小和方向,把粒子在兩種不同場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)。,命題一,命題二,命題三,-9-,命題一,命題二,命題三,-10-,命題一,命題二,命題三,,-11-,命題一,命題二,命題三,-12-,帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 一般以計(jì)算題形式考查,經(jīng)常結(jié)合平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)進(jìn)行綜合考查;有時(shí)也結(jié)合受力考查運(yùn)動(dòng)規(guī)律。,命題一,命題二,命題三,-13-,例2如圖所示,位于豎直平面內(nèi)的坐標(biāo)系xOy,在其第三象限空間有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=0.5 T,還有沿x軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度大小為 E=2 N/C。在其第一象限空間有沿y軸負(fù)方向的、電場(chǎng)強(qiáng)度大小也為E的勻強(qiáng)電場(chǎng),并在yh=0.4 m 的區(qū)域有磁感應(yīng)強(qiáng)度也為B的垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一個(gè)電荷量為q的油滴從圖中第三象限的P點(diǎn)得到一初速度,恰好能沿PO做勻速直線運(yùn)動(dòng)(PO與x軸負(fù)方向的夾角為θ=45),并從原點(diǎn)O進(jìn)入第一象限。已知重力加速度g取10 m/s2,問(wèn): (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)得到的初速度大小; (3)油滴在第一象限運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。,命題一,命題二,命題三,-14-,命題一,命題二,命題三,,-15-,命題一,命題二,命題三,-16-,思維導(dǎo)引,命題一,命題二,命題三,-17-,規(guī)律方法 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的處理方法 (1)弄清復(fù)合場(chǎng)的組成特點(diǎn)。 (2)正確分析帶電粒子的受力及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。 (3)畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡,靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 ①若只有兩個(gè)場(chǎng)且正交。例如,電場(chǎng)與磁場(chǎng)中滿足qE=qvB或重力場(chǎng)與磁場(chǎng)中滿足mg=qvB或重力場(chǎng)與電場(chǎng)中滿足mg=qE,都表現(xiàn)為勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止,根據(jù)受力平衡方程求解。 ②三場(chǎng)共存時(shí),合力為零,受力平衡,粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)。其中洛倫茲力F=qvB的方向與速度v垂直。,命題一,命題二,命題三,-18-,命題一,命題二,命題三,-19-,命題一,命題二,命題三,答案,解析,-20-,涉及復(fù)合場(chǎng)的技術(shù)應(yīng)用 以計(jì)算題的形式進(jìn)行考查,往往以電磁技術(shù)的應(yīng)用為背景材料,聯(lián)系實(shí)際考查學(xué)生學(xué)以致用的能力,有時(shí)也以選擇題形式出現(xiàn)。 例3(2015浙江理綜)使用回旋加速器的實(shí)驗(yàn)需要把離子束從加速器中引出,離子束引出的方法有磁屏蔽通道法和靜電偏轉(zhuǎn)法等。質(zhì)量為m,速度為v的離子在回旋加速器內(nèi)旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)軌道是半徑為r的圓,圓心在O點(diǎn),軌道在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。 為引出離子束,使用磁屏蔽通道法設(shè)計(jì)引出器。引出器原理如圖所示,一對(duì)圓弧形金屬板組成弧形引出通道,通道的圓心位于O點(diǎn)(O點(diǎn)圖中未畫出)。引出離子時(shí),令引出通道內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度降低,從而使離子從P點(diǎn)進(jìn)入通道,沿通道中心線從Q點(diǎn)射出。已知OQ長(zhǎng)度為L(zhǎng),OQ與OP的夾角為θ。,命題一,命題二,命題三,-21-,(1)求離子的電荷量q并判斷其正負(fù); (2)離子從P點(diǎn)進(jìn)入,Q點(diǎn)射出,通道內(nèi)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)降為B,求B; (3)換用靜電偏轉(zhuǎn)法引出離子束,維持通道內(nèi)的原有磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變,在內(nèi)外金屬板間加直流電壓,兩板間產(chǎn)生徑向電場(chǎng),忽略邊緣效應(yīng)。為使離子仍從P點(diǎn)進(jìn)入,Q點(diǎn)射出,求通道內(nèi)引出軌跡處電場(chǎng)強(qiáng)度E的方向和大小。,命題一,命題二,命題三,-22-,命題一,命題二,命題三,,-23-,命題一,命題二,命題三,-24-,思維導(dǎo)引,命題一,命題二,命題三,-25-,規(guī)律方法 對(duì)此類問(wèn)題的分析首先要掌握好涉及復(fù)合場(chǎng)的科技應(yīng)用模型:速度選擇器、電磁流量計(jì)、磁流體發(fā)電機(jī)、回旋加速器、質(zhì)譜儀、霍爾效應(yīng),然后結(jié)合具體問(wèn)題進(jìn)行模型的遷移應(yīng)用,同時(shí)又要注意是否存在一定的變化,做到具體問(wèn)題具體分析。,命題一,命題二,命題三,-26-,命題一,命題二,命題三,-27-,命題一,命題二,命題三,,-28-,命題一,命題二,命題三,-29-,,1,2,3,4,-30-,,1,2,3,4,-31-,,1,2,3,4,-32-,2.如圖所示,某一真空室內(nèi)充滿豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)E,在豎直平面內(nèi)建立坐標(biāo)系xOy,在y0的空間內(nèi),將一質(zhì)量為m的帶電液滴(可視為質(zhì)點(diǎn))自由釋放,此液滴則沿y軸的負(fù)方向、以加速度a=2g(g為重力加速度)做勻加速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)液滴運(yùn)動(dòng)到坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí),被安置在原點(diǎn)的一個(gè)裝置瞬間改變了帶電性質(zhì)(液滴所帶電荷量和質(zhì)量均不變),隨后液滴進(jìn)入y0的空間運(yùn)動(dòng)。液滴在y0的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中( ) A.重力勢(shì)能一定不斷減小 B.電勢(shì)能一定先減小后增大 C.動(dòng)能不斷增大 D.動(dòng)能保持不變,答案,解析,1,2,3,4,-33-,1,2,3,4,答案,解析,-34-,4.(2015“五市十校教研教改共同體”聯(lián)考)如圖所示,M、N為兩塊帶等量異種電荷的平行金屬板,兩板間電壓可取從零到某一最大值之間的各種數(shù)值。靜止的帶電粒子帶電荷量為+q,質(zhì)量為m(不計(jì)重力),從點(diǎn)P經(jīng)電場(chǎng)加速后,從小孔Q進(jìn)入N板右側(cè)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于紙面向外,CD為磁場(chǎng)邊界上的一絕緣板,它與N板的夾角為θ=45,孔Q到板的下端C的距離為L(zhǎng),當(dāng)M、N兩板間電壓取最大值時(shí),粒子恰垂直打在CD板上,求: (1)兩板間電壓的最大值Um; (2)CD板上可能被粒子打中區(qū)域的長(zhǎng)度s。(答案可以用根式表示),答案,解析,1,2,3,4,-35-,怎樣得高分,-36-,怎樣得高分,,-37-,怎樣得高分,思維流程,-38-,怎樣得高分,-39-,怎樣得高分,-40-,怎樣得高分,以題說(shuō)法 本題屬于帶電粒子在周期性電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題,分析此類問(wèn)題要注意: (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)間極短可忽略時(shí),則粒子在穿越電場(chǎng)的過(guò)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)是隨時(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)使帶電粒子順次歷經(jīng)不同特點(diǎn)的電場(chǎng)或磁場(chǎng)或疊加場(chǎng),從而表現(xiàn)出“多過(guò)程”現(xiàn)象。其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)既復(fù)雜又隱蔽。分析時(shí)應(yīng)該注意以下三點(diǎn):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)周期相關(guān)聯(lián)。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(guò)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)每一階段上的受力情況確定粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。,-41-,怎樣得高分,-42-,怎樣得高分,,-43-,怎樣得高分,-44-,怎樣得高分,