2019年高考物理二輪復習 專題三 電場和磁場 第10講 帶電粒子在復合場中的運動課件.ppt

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專題整合突破 專題三電場和磁場 第10講帶電粒子在復合場中的運動 微網構建 高考真題 C 2 2018 全國 25 如圖 在y 0的區(qū)域存在方向沿y軸負方向的勻強電場 場強大小為E 在y 0的區(qū)域存在方向垂直于xOy平面向外的勻強磁場 一個氕核H和一個氘核H先后從y軸上y h點以相同的動能射出 速度方向沿x軸正方向 已知H進入磁場時 速度方向與x軸正方向的夾角為60 并從坐標原點O處第一次射出磁場 H的質量為m 電荷量為q 不計重力 求 1 H第一次進入磁場的位置到原點O的距離 2 磁場的磁感應強度大小 3 H第一次離開磁場的位置到原點O的距離 解析 1 粒子運動的軌跡如圖 a 所示 粒子在電場中的軌跡為拋物線 在磁場中為圓弧 上下對稱 圖 a 2 粒子從電場下邊界入射后在電場中做類平拋運動 設粒子從M點射入時速度的大小為v0 在下側電場中運動的時間為t 加速度的大小為a 粒子進入磁場的速度大小為v 方向與電場方向的夾角為 如圖 b 速度沿電場方向的分量為v1 根據牛頓第二定律有 圖 b qE ma 式中q和m分別為粒子的電荷量和質量 由運動學公式有v1 at l v0t v1 vcos 4 2018 全國 24 如圖 從離子源產生的甲 乙兩種離子 由靜止經加速電壓U加速后在紙面內水平向右運動 自M點垂直于磁場邊界射入勻強磁場 磁場方向垂直于紙面向里 磁場左邊界豎直 已知甲種離子射入磁場的速度大小為v1 并在磁場邊界的N點射出 乙種離子在MN的中點射出 MN長為l 不計重力影響和離子間的相互作用 求 1 磁場的磁感應強度大小 2 甲 乙兩種離子的比荷之比 1 求粒子從P到M所用的時間t 2 若粒子從與P同一水平線上的Q點水平射出 同樣能由M進入磁場 從N射出 粒子從M到N的過程中 始終在環(huán)形區(qū)域中運動 且所用的時間最少 求粒子在Q時速度v0的大小 熱點聚焦 1 組合場模型電場 磁場 重力場 或其中兩種場 并存 但各位于一定區(qū)域 并且互不重疊的情況 熱點一帶電粒子在組合場中的運動 2 帶電粒子在組合場內運動的解決方法 1 要清楚場的性質 方向 強弱 范圍等 2 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)域的運動情況 3 正確地畫出粒子的運動軌跡圖 4 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段 對不同的階段選取不同的規(guī)律處理 5 當粒子從一個場進入另一個場時 分析轉折點處粒子速度的大小和方向往往是解題的突破口 典例1 1 求電子進入磁場時的位置坐標 2 若要使電子在磁場中從ab邊射出 求勻強磁場的磁感應強度大小B滿足的條件 類題演練1 多選 2018 江西省新余市高三下學期模擬 如圖所示 開始靜止的帶電粒子帶電荷量為 q 質量為m 不計重力 從點P經電場加速后 從小孔Q進入右側的邊長為L的正方形勻強磁場區(qū)域 PQ的連線經過AD邊 BC邊的中點 磁感應強度大小為B 方向垂直于紙面向外 若帶電粒子只能從CD邊射出 則 AC 1 復合場模型電場 磁場 重力場 或其中兩種場 并存于同一區(qū)域的情況 2 帶電粒子在復合場中的運動情況分析 1 當帶電粒子在復合場中所受合力為零時 做勻速直線運動 如速度選擇器 或處于靜止狀態(tài) 2 當帶電粒子所受的重力與電場力等值反向 洛倫茲力提供向心力時 帶電粒子在垂直于于磁場的平面內做勻速圓周運動 熱點二帶電粒子在復合場中的運動 3 帶電粒子在復合場中的受力情況分析帶電粒子在復合場中的運動問題是電磁學知識和力學知識的結合 分析方法和力學問題的分析方法基本相同 即均用動力學觀點 能量觀點來分析 不同之處是多了電場力 洛倫茲力 二力的特點是電場力做功與路徑無關 洛倫茲力方向始終和運動速度方向垂直永不做功等 典例2 解析 1 由P的位置特點可知 POy 45 分析可知 粒子受到電場力和洛倫茲力作用PO沿直線只能做勻速運動 由力的平衡條件可得qE qvB解得E Bv由左手定則可知 洛倫茲力方向垂直于PO斜向左下 故電場力的方向垂直于PO斜向右上 因粒子帶正電 所以電場強度的方向垂直于PO斜向右上 與x軸成45 的夾角 類題演練2 2018 湖南省郴州市高三下學期一模 如圖所示 甲是不帶電的絕緣物塊 乙?guī)д?甲乙疊放在一起 置于粗糙的絕緣水平地板上 地板上方空間有垂直紙面向里的勻強磁場 現加一水平向左的勻強電場 發(fā)現甲 乙無相對滑動一起向左加速運動 在加速運動階段 A 甲 乙兩物塊間的摩擦力不變B 甲 乙兩物塊可能做加速度減小的加速運動C 乙物塊與地面之間的摩擦力不斷減小D 甲 乙兩物體可能做勻加速直線運動 B 解析 由于f增大 F一定 根據牛頓第二定律得 加速度a減小 對甲研究得到 乙對甲的摩擦力F甲 m甲a 則得到f甲減小 甲 乙兩物塊間的靜摩擦力不斷減小 故A錯誤 以甲乙整體為研究對象 分析受力如圖 則有N F洛 m甲 m乙 g 當甲乙一起加速運動時 洛倫茲力F洛增大 N增大 則地面對乙的滑動摩擦力f增大 故C錯誤 甲乙整體受到的摩擦力逐漸增加 故做加速度不斷減小的加速運動 最后是一起勻速運動 故B正確 D錯誤 故選B 1 帶電粒子在交變電場或磁場中的運動情況比較復雜 一定要從粒子的受力情況分析 分析清楚粒子在不同時間間隔內的運動情況 1 若交變電壓的變化周期遠大于粒子穿越電場的時間或粒子穿越電場的時間極短可忽略 則粒子在穿越電場的過程中 電場可看作勻強電場 2 空間存在的電場或磁場是時間周期性變化的 一般呈現 矩形波 的特點 交替變化的電場及磁場會使帶電粒子依次經過不同特點的電場或磁場或復合場 從而表現出 多過程 現象 其運動特點既復雜又隱蔽 熱點三帶電粒子在交變電磁場中的運動 2 帶電粒子在交變電 磁場中運動的分析方法 1 仔細分析并確定各場的變化特點及相應的時間 其變化周期一般與粒子在電場或磁場中的運動周期有一定的聯系 應抓住變化周期與運動周期之間的聯系作為解題的突破口 2 必要時 可把粒子的運動過程還原成一個直觀的運動軌跡草圖進行分析 3 把粒子的運動分解成多個運動階段分別進行處理 根據第一階段上的受力情況確定粒子的運動規(guī)律 2018 山東省歷城高三下學期模擬 如圖甲所示 在坐標系xOy平面內 y軸的左側 有一個速度選擇器 其中的電場強度為E 磁感應強度為B0 粒子源不斷地釋放出沿x軸正方向運動 質量均為m 電量均為 q 速度大小不同的粒子 在y軸的右側有一勻強磁場 磁感應強度大小恒為B 方向垂直于xOy平面 且隨時間做周期性變化 不計其產生的電場對粒子的影響 規(guī)定垂直xOy平面向里的磁場方向為正 如圖乙所示 在離y軸足夠遠的地方有一個與y軸平行的熒光屏 假設帶電粒子在y軸右側運動的時間達到磁場的一個變化周期之后 失去電量變成中性粒子 粒子的重力可以忽略不計 典例3 3 由于兩次磁場的大小相等方向相反 由運動的對稱性可知其運動的軌跡如圖乙 經過一個磁場的變化周期后速度的方向與x軸再次平行 且距離x軸的距離為y 2r 1 cos 1 粒子在磁場中運動的速率v 2 粒子在磁場中運動的軌道半徑R和磁場的磁感應強度B 2 做出電子在磁場中的軌跡如圖所示