创新设计高考物理一轮复习 带电粒子在复合场中的运动张 含详解PPT课件

1、复合场 【思维驱动】如图8-3-1所示，一带电小球在一正交电场、磁场区域里做匀速圆周运动，电场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里，则下列说法正确的是()A小球一定带正电B小球一定带负电C小球的绕行方向为顺时针D改变小球的速度大小，小球将不做圆周运动图8-3-1 第1页/共86页 解析由于小球做匀速圆周运动，有qEmg，电场力方向竖直向上，所以小球一定带负电，故A错、B正确；洛伦兹力提供小球做圆周运动的向心力，由左手定则可判定小球绕行方向为顺时针，故C正确；改变小球速度大小，小球仍做圆周运动，D正确 答案BC第2页/共86页【知识存盘】复合场是指电场、 和重力场并存，或其中某两场并存，或分区域存

2、在从场的复合形式上一般可分为如下四种情况：相邻场；重叠场；交替场；交变场.磁场 第3页/共86页带电粒子在复合场中的运动分类 【思维驱动】(2013龙岩检测)图8-3-2所示，空间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场的方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里，一带电油滴P恰好处于静止状态，则下列说法正确的是()A若仅撤去磁场，P可能做匀加速直线运动B若仅撤去电场，P可能做匀加速直线运动C若给P一初速度，P不可能做匀速直线运动D若给P一初速度，P可能做匀速圆周运动图8-3-2 第4页/共86页 解析P处于静止状态，带负电荷，mgqE，若仅撤去磁场，P仍静止，A错；仅撤去电场，P向下加速，同时受到洛伦

3、兹力，将做复杂的曲线运动，B错；给P一初速度，垂直磁场方向，因mgqE，P只受洛伦兹力作用，将做匀速圆周运动，C错、D对 答案D第5页/共86页【知识存盘】1静止或匀速直线运动：当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于 状态或做 2匀速圆周运动：当带电粒子所受的重力与电场力大小 ，方向 时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做 运动静止匀速直线运动 相等 相反 匀速圆周 第6页/共86页3一般的曲线运动：当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一条直线上，粒子做 变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线4分阶段运动：带电粒子可能依次通过几

4、个情况不同的复合场区域，其运动情况随区域发生变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成.非匀 第7页/共86页【思维驱动】(2012海南卷，2)如图8-3-3所示，在两水平极板间存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向下，磁场方向垂直于纸面向里一带电粒子以某一速度沿水平直线通过两极板若不计重力，下列四个物理量中哪一个改变时，粒子运动轨迹不会改变 ()A粒子速度的大小 B粒子所带的电荷量C电场强度 D磁感应强度电场磁场同区域应用实例 图8-3-3第8页/共86页 解析粒子以某一速度沿水平直线通过两极板，其受力平衡有EqBqv，则知当粒子所带的电荷量改变时，粒子所受的合力仍为0，运动轨迹不会改变，故B

5、项正确 答案B第9页/共86页 【知识存盘】第10页/共86页第11页/共86页温馨提示复合场中重力是否考虑的三种情况(1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、金属块等，一般应考虑其重力(2)在题目中明确说明的按说明要求是否考虑重力(3)不能直接判断是否考虑重力的，在进行受力分析与运动分析时，要由分析结果确定是否考虑重力. 第12页/共86页考点一带电粒子在分离复合场中的运动【典例1】 (2012课标全国卷，25)如图8-3-4所示，一半径为R的圆表示一柱形区域的横截面(纸面)在柱形区域内加一方向垂直于

6、纸面的匀强磁场，一质量为m、电荷量为q的粒子沿图中直线在圆上的a点射入柱形区域，在圆上的b点离开该区域，离开时速度方向与直线垂直圆心O到直线的距离为R.现将磁场换为平行于纸面且垂直于直线的匀强电场，同一粒子以同样速度沿直线在a点射入柱形区域，也在b点离开该区域若磁感应强度大小为B，不计重力，求电场强度的大小 图8-3-4 第13页/共86页第14页/共86页第15页/共86页第16页/共86页【变式跟踪1】 如图8-3-5所示，xOy为空间直角坐标系，PQ与y轴正方向成30角在第四象限和第一象限的xOQ区域存在磁感应强度为B的匀强磁场，在POy区域存在足够大的匀强电场，电场方向与PQ平行，一个

7、带电荷量为q，质量为m的带电粒子从y轴上的A(0，L)点，平行于x轴方向射入匀强磁场，离开磁场时速度方向恰与PQ垂直，粒子在匀强电场中经时间t后再次经过x轴，粒子重力忽略不计求：图8-3-5 第17页/共86页 (1)从粒子开始进入磁场到刚进入电场的时间t； (2)匀强电场的电场强度E的大小第18页/共86页第19页/共86页 借题发挥 1“电偏转”和“磁偏转”的比较第20页/共86页第21页/共86页2.求解带电粒子在分离复合场中运动问题的分析方法(1)正确受力分析，除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静电力和磁场力的分析(2)确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合(3)对于粒子连

8、续通过几个不同区域、不同种类的场时，要分阶段进行处理(4)画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律第22页/共86页 3带电粒子在分离复合场中运动问题的求解方法第23页/共86页特别注意(1)多过程现象中的“子过程”与“子过程”的衔接点如一定要把握“衔接点”处速度的连续性(2)圆周与圆周运动的衔接点一要注意在“衔接点”处两圆有公切线，它们的半径重合第24页/共86页 备课札记 第25页/共86页考点二带电粒子在叠加复合场中的运动【典例2】 如图8-3-6所示的平行板之间，存在着相互垂直的匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度B10.20 T，方向垂直纸面向里，电场强度E11.0105 V/m，P

9、Q为板间中线紧靠平行板右侧边缘xOy坐标系的第一象限内，有一边界线AO，与y轴的夹角AOy45，边界线的上方有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度B20.25 T，边界线的下方有水平向右的匀强电场，电场强度E25.0105 V/m，在x轴上固定一水平的荧光屏一束带电荷量q8.01019 C、质量m8.01026 kg的第26页/共86页 正离子从P点射入平行板间，沿中线PQ做直线运动，穿出平行板后从y轴上坐标为(0，0.4 m)的Q点垂直y轴射入磁场区，最后打到水平的荧光屏上的位置C.求：图8-3-6 第27页/共86页 (1)离子在平行板间运动的速度大小； (2)离子打到荧光屏上的位置C的坐标

10、； (3)现只改变AOy区域内磁场的磁感应强度大小，使离子都不能打到x轴上，磁感应强度大小B2应满足什么条件？第28页/共86页 审题流程第29页/共86页图甲 第30页/共86页 答案(1)5.0105 m/s(2)0.6 m(3)B20.3 T 图乙 第31页/共86页图8-3-7 第32页/共86页 线运动到达收集板重力加速度为g，PQ3d，NQ2d，收集板与NQ的距离为l，不计颗粒间相互作用求：(1)电场强度E的大小； (2)磁感应强度B的大小； (3)速率为v0(1)的颗粒打在收集板上的位置到O点的距离第33页/共86页第34页/共86页第35页/共86页借题发挥1带电粒子(体)在复

11、合场中的运动问题求解要点(1)受力分析是基础在受力分析时是否考虑重力必须注意题目条件(2)运动过程分析是关键在运动过程分析中应注意物体做直线运动、曲线运动及圆周运动、类平抛运动的条件(3)构建物理模型是难点根据不同的运动过程及物理模型选择合适的物理规律列方程求解第36页/共86页 2带电粒子在复合场中运动的分析方法第37页/共86页 备课札记 第38页/共86页第39页/共86页图8-3-8 第40页/共86页 (1)t s时粒子速度的大小和方向； (2) s2 s内，粒子在磁场中做圆周运动的半径； (3)画出04 s内粒子的运动轨迹示意图；(要求：体现粒子的运动特点)第41页/共86页a第4

12、2页/共86页第43页/共86页b答案见解析第44页/共86页第45页/共86页 (1)第6秒内小球离开斜面的最大距离 (2)第19秒内小球未离开斜面，角的正切值应满足什么条件？图8-3-9 第46页/共86页第47页/共86页第48页/共86页 借题发挥 带电粒子在交变复合场中的运动将是今后高考命题的热点，往往综合考查牛顿运动定律、功能关系、圆周运动的规律等第49页/共86页 带电粒子在交变复合场中的运动问题的基本思路第50页/共86页特别提醒若交变电压的变化周期远大于粒子穿越电场的时间，则在粒子穿越电场过程中，电场可看作粒子刚进入电场时刻的匀强电场第51页/共86页 备课札记 第52页/共

13、86页命题热点12带电粒子在复合场中的运动命题专家评述考情分析2012年的全国各地的高考卷中对带电粒子在复合场中的运动的考查有7处，是高考的高频考点高考题型：选择题或计算题，计算题的机率大于选择题命题趋势预计在2014年高考中以生活、科技材料为背景，考查带电粒子在复合场中运动的受力和画偏转图以及用数学知识解决物理问题的综合应用等为主第53页/共86页阅卷老师叮咛易失分点带电粒子在复合场中运动问题容易出现以下错误：(1)忽略带电粒子的重力，对于微观粒子如：质子、离子等，不考虑重力；液滴、尘埃、小球等宏观带电粒子常常考虑重力(2)在叠加场中没有认识到洛伦兹力随速度大小和方向的变化而变化，从而不能正

14、确地判断粒子的运动性质(3)不能建立完整的运动图景，画出粒子的运动轨迹(4)不能正确地选择相应的公式列方程，如运动的分解、匀速圆周运动、功能关系等第54页/共86页应对策略带电粒子在复合场中运动问题解题的两条线索(1)力和运动的角度：根据带电粒子所受的力，运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解运用运动的合成与分解的方法，求解曲线运动问题(2)功能的角度根据场力及其他外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的功能关系解决问题，这条线索不但适用于均匀场，也适用于非均匀场，因此要熟悉各种力做功的特点. 第55页/共86页高考佐证(2012江苏卷，15)如图8-3-10所示，待测区域中存在匀强电场和匀

15、强磁场，根据带电粒子射入时的受力情况可推测其电场和磁场图中装置由加速器和平移器组成，平移器由两对水平放置、相距为l的相同平行金属板构成，极板长度为l、间距为d，两对极板间偏转电压大小相等、电场方向相反质量为m、电荷量为q的粒子经加速电压U0加速后，水平射入偏转电压为U1的平移器，最终从A点水平射入待测区域不考虑粒子受到的重力第56页/共86页图8-3-10 第57页/共86页 (1)求粒子射出平移器时的速度大小v1； (2)当加速电压变为4U0时，欲使粒子仍从A点射入待测区域，求此时的偏转电压U； (3)已知粒子以不同速度水平向右射入待测区域，刚进入时的受力大小均为F.现取水平向右为x轴正方向

16、，建立如图所示的直角坐标系Oxyz.保持加速电压为U0不变，移动装置使粒子沿不同的坐标轴方向射入待测区域，粒子刚射入时的受力大小如下表所示请推测该区域中电场强度和磁感应强度的大小及可能的方向第58页/共86页第59页/共86页第60页/共86页第61页/共86页图8-3-11第62页/共86页 (1)求带电微粒从电场中射出时的速度大小和方向； (2)带电微粒进入中间三角形区域后，要垂直打在AC边上，则该区域的磁感应强度B1是多少？第63页/共86页第64页/共86页第65页/共86页一、带电粒子在分离复合场中的运动1粒子回旋加速器的工作原理如图8-3-12所示，置于真空中的D形金属盒的半径为R

17、，两金属盒间的狭缝很小，磁感应强度为B的匀强磁场与金属盒盒面垂直，高频率交流电的频率为f，加速电压为U，若中心粒子源处产生的质子质量为m，电荷量为e，在加速器中被加速不考虑相对论效应，则下列说法正确的是()第66页/共86页图8-3-12 第67页/共86页答案CD第68页/共86页图8-3-13 第69页/共86页 (1)两金属板间所加电场的场强大小； (2)匀强磁场的磁感应强度B的大小第70页/共86页第71页/共86页3(2013广东湛江测试)如图8-3-14所示的平面直角坐标系中，虚线OM与x轴成45角，在OM与x轴之间(包括x轴)存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，在y轴

18、与OM之间存在竖直向下、电场强度大小为E的匀强电场，有一个质量为m，电荷量为q的带正电的粒子以某速度沿x轴正方向从O点射入磁场区域并发生偏转，不计带电粒子的重力和空气阻力，在带电粒子进入磁场到第二次离开电场的过程中，求：第72页/共86页图8-3-14 第73页/共86页 (1)若带电粒子从O点以速度v1进入磁场区域，求带电粒子第一次离开磁场的位置到O点的距离 (2)若带电粒子第二次离开电场时恰好经过O点，求粒子最初进入磁场时速度v的大小并讨论当v变化时，粒子第二次离开电场时的速度大小与v大小的关系第74页/共86页第75页/共86页第76页/共86页第77页/共86页第78页/共86页第79页/共86页二、带电粒子在叠加复合场中的运动4如图8-3-15所示，质量为m，带电荷量为q的微粒以速度v与水平方向成45角进入匀强电场和匀强磁场