202X高考物理专题突破带电粒子在复合场中的运动52ppt课件鲁科版选修3_1

1、专题突破带电粒子在复合场中的运动专题突破带电粒子在复合场中的运动突破一带电粒子在组合场中的运动突破一带电粒子在组合场中的运动（1）划分过程：将粒子运动的过程划分为几个不同的阶段，对不同的阶段选取不）划分过程：将粒子运动的过程划分为几个不同的阶段，对不同的阶段选取不同的规律处理。同的规律处理。（2）找关键点：确定带电粒子在场区边界的速度（包括大小和方向）是解决该类）找关键点：确定带电粒子在场区边界的速度（包括大小和方向）是解决该类问题的关键。问题的关键。（3）画运动轨迹：根据受力分析和运动分析，大致画出粒子的运动轨迹图，有利）画运动轨迹：根据受力分析和运动分析，大致画出粒子的运动轨迹图，有利于形

2、象、直观地解决问题。于形象、直观地解决问题。1.组合场：组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，电场、磁场交替出现。电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，电场、磁场交替出现。2.分析思路分析思路3.组合场中的两种典型偏转组合场中的两种典型偏转1.如图如图2所示，在第所示，在第象限内有沿象限内有沿x轴正方向的匀强电场，轴正方向的匀强电场，电场强度为电场强度为E，在第，在第、象限内分别存在如图所示的匀象限内分别存在如图所示的匀强磁场，磁感应强度大小相等。有一个带电粒子以垂直强磁场，磁感应强度大小相等。有一个带电粒子以垂直于于x轴的初速度轴的初速度v0从从x轴上的轴上的P点进入匀强电场中，

3、并且恰点进入匀强电场中，并且恰好与好与y轴的正方向成轴的正方向成45角进入磁场，又恰好垂直于角进入磁场，又恰好垂直于x轴轴进入第进入第象限的磁场。已知象限的磁场。已知O、P之间的距离为之间的距离为d，则带电粒子在磁场中第二次经过，则带电粒子在磁场中第二次经过x轴时，在电场和磁场中运动的总时间为轴时，在电场和磁场中运动的总时间为 （）（）答案答案D图图3（1）粒子在磁场中的运动半径）粒子在磁场中的运动半径R0；（2）从坐标（）从坐标（0，0.18 m）处射出磁场的粒子在）处射出磁场的粒子在O点入射方向与点入射方向与y轴夹角轴夹角；（3）N板收集到的粒子占所有发射粒子的比例板收集到的粒子占所有发射

4、粒子的比例。解析解析（1）带电粒子在磁场中做圆周运动，有）带电粒子在磁场中做圆周运动，有（2）如图所示，设从）如图所示，设从y0.18 m处出射的粒子对应入射方向与处出射的粒子对应入射方向与y轴夹角为轴夹角为，由几何，由几何关系可得关系可得sin 0.8故故53设此粒子入射时速度方向与设此粒子入射时速度方向与x轴夹角为轴夹角为，则有，则有yrsin R0R0cos 答案答案（1）0.08 m（2）53（3）29%“五步五步”突破带电粒子在组合场中的运动问题突破带电粒子在组合场中的运动问题1.磁场力、重力并存磁场力、重力并存突破突破二二带电粒子在带电粒子在叠加叠加场中的运动场中的运动（1）若重力

5、和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动。）若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动。（2）若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂的曲线运动，因洛伦兹力不做）若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂的曲线运动，因洛伦兹力不做功，故机械能守恒。功，故机械能守恒。2.电场力、磁场力并存（不计重力）电场力、磁场力并存（不计重力）（1）若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动。）若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动。（2）若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体做复杂的曲线运动，可用动能定理求解。）若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体做复杂的曲线运动，可用动能定理求解。3.电场力、磁场力、

6、重力并存电场力、磁场力、重力并存（1）若三力平衡，带电体做匀速直线运动。）若三力平衡，带电体做匀速直线运动。（2）若重力与电场力平衡，带电体做匀速圆周运动。）若重力与电场力平衡，带电体做匀速圆周运动。（3）若合力不为零，带电体可能做复杂的曲线运动，可用能量守恒定律或动能定）若合力不为零，带电体可能做复杂的曲线运动，可用能量守恒定律或动能定理求解。理求解。图图4【例【例2】如图如图4所示，位于竖直平面内的坐标系所示，位于竖直平面内的坐标系xOy，在其，在其第三象限空间有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度第三象限空间有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为大小为B0.5 T，还有沿，还有沿x

7、轴负方向的匀强电场，电场强度轴负方向的匀强电场，电场强度大小为大小为E2 N/C。在其第一象限空间有沿。在其第一象限空间有沿y轴负方向的、轴负方向的、电场强度大小也为电场强度大小也为E的匀强电场，并在的匀强电场，并在yh0.4 m的区域的区域有磁感应强度也为有磁感应强度也为B的垂直于纸面向里的匀强磁场。一个的垂直于纸面向里的匀强磁场。一个带电荷量为带电荷量为q的油滴从图中第三象限的的油滴从图中第三象限的P点得到一初速度，点得到一初速度，恰好能沿恰好能沿PO做匀速直线运动（做匀速直线运动（PO与与x轴负方向的夹角为轴负方向的夹角为45），并从原点），并从原点O进入第一象限。已知重力加速度进入第一

8、象限。已知重力加速度g10 m/s2，问：，问：（1）油滴在第三象限运动时受到的重力、电场力、洛伦兹力三力的大小之比，并）油滴在第三象限运动时受到的重力、电场力、洛伦兹力三力的大小之比，并指出油滴带何种电荷；指出油滴带何种电荷；（2）油滴在）油滴在P点得到的初速度大小；点得到的初速度大小；（3）油滴在第一象限运动的时间。）油滴在第一象限运动的时间。（3）进入第一象限，电场力和重力平衡，知油滴先做匀速直线运动，进入）进入第一象限，电场力和重力平衡，知油滴先做匀速直线运动，进入yh的的区域后做匀速圆周运动，轨迹如图，最后从区域后做匀速圆周运动，轨迹如图，最后从x轴上的轴上的N点离开第一象限。点离开

9、第一象限。由由OA匀速运动的位移为匀速运动的位移为油滴从油滴从AC的圆周运动时间为的圆周运动时间为由对称性知，从由对称性知，从CN的时间的时间t3t1；在第一象限运动的总时间在第一象限运动的总时间tt1t2t320.1 s0.628 s0.828 s。“三步三步”解决带电粒子在叠加场中的运动问题解决带电粒子在叠加场中的运动问题A.mambmc B.mbmamcC.mcmamb D.mcmbma1.（2017全国卷全国卷，16）如图如图5，空间某区域存在匀强电场和匀，空间某区域存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向上（与纸面平行），磁场方向垂直于强磁场，电场方向竖直向上（与纸面平行），磁场方向垂

10、直于纸面向里，三个带正电的微粒纸面向里，三个带正电的微粒a、b、c电荷量相等，质量分别电荷量相等，质量分别为为ma、mb、mc，已知在该区域内，已知在该区域内，a在纸面内做匀速圆周运动，在纸面内做匀速圆周运动，b在纸面内向右做匀速直线运动，在纸面内向右做匀速直线运动，c在纸面内向左做匀速直线运在纸面内向左做匀速直线运动。下列选项正确的是（）动。下列选项正确的是（）解析解析由题意知，三个带电微粒受力情况：由题意知，三个带电微粒受力情况：magqE，mbgqEqvB，mcgqvBqE，所以，所以mbmamc，故选项，故选项B正确，正确，A、C、D错误。错误。答案答案B2.如图如图6所示，在正交的匀

11、强电磁场中有质量、电荷量都相同所示，在正交的匀强电磁场中有质量、电荷量都相同的两油滴，的两油滴，A静止，静止，B做半径为做半径为R的匀速圆周运动。若的匀速圆周运动。若B与与A相碰并结合在一起，则它们将相碰并结合在一起，则它们将 （）（）答案答案B解决带电粒子在交变电磁场中的运动问题的基本思路解决带电粒子在交变电磁场中的运动问题的基本思路突破三带电粒子在交变电磁场中的运动突破三带电粒子在交变电磁场中的运动图图7【例【例3】如图如图7甲所示，宽度为甲所示，宽度为d的竖直狭长区域内（边界为的竖直狭长区域内（边界为L1、L2），存在垂直纸面），存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向的周期性变化的电场（如

12、图乙所示），电场强度的大小为向里的匀强磁场和竖直方向的周期性变化的电场（如图乙所示），电场强度的大小为E0，E0表示电场方向竖直向上。表示电场方向竖直向上。t0时，一带正电、质量为时，一带正电、质量为m的微粒从左边界上的的微粒从左边界上的N1点以水平速度点以水平速度v射入该区域，沿直线运动到射入该区域，沿直线运动到Q点后，做一次完整的圆周运动，再沿点后，做一次完整的圆周运动，再沿直线运动到右边界上的直线运动到右边界上的N2点。点。Q为线段为线段N1N2的中点，重力加速度为的中点，重力加速度为g。上述。上述d、E0、m、v、g为已知量。为已知量。（1）求微粒所带电荷量）求微粒所带电荷量q和磁感应

13、强度和磁感应强度B的大小；的大小；（2）求电场变化的周期）求电场变化的周期T；（3）改变宽度）改变宽度d，使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域，求，使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域，求T的最小值。的最小值。解析解析（1）微粒做直线运动，则）微粒做直线运动，则mgqE0qvB，微粒做圆周运动，则微粒做圆周运动，则mgqE0（2）设微粒从）设微粒从N1运动到运动到Q的时间为的时间为t1，做圆周运动的周期为，做圆周运动的周期为t2，则，则（3）若微粒能完成题述的运动过程，要求）若微粒能完成题述的运动过程，要求d2R图图81.（多选多选）某一空间存在着磁感应强度为）某一空间存在着磁感应

14、强度为B且大小不变、方向随时间且大小不变、方向随时间t做周期性变化的做周期性变化的匀强磁场（如图匀强磁场（如图8甲所示），规定垂直纸面向里的磁场方向为正。为使静止于该磁场甲所示），规定垂直纸面向里的磁场方向为正。为使静止于该磁场中的带正电的粒子能按中的带正电的粒子能按abcdef的顺序做横的顺序做横“”“”字曲线运动字曲线运动（即如图乙所示的轨迹），下列办法可行的是（粒子只受磁场力的作用，其他力不（即如图乙所示的轨迹），下列办法可行的是（粒子只受磁场力的作用，其他力不计）（）计）（）答案答案AD（1）电场变化的周期）电场变化的周期T应满足的条件；应满足的条件；（2）A、B之间的距离；之间的距离

15、；2.如图如图9甲所示，空间存在水平方向的大小不变、方甲所示，空间存在水平方向的大小不变、方向周期性变化的电场，其变化规律如图乙所示向周期性变化的电场，其变化规律如图乙所示（取水平向右为正方向）。一个质量为（取水平向右为正方向）。一个质量为m、电荷、电荷量为量为q的粒子（重力不计），开始处于图中的的粒子（重力不计），开始处于图中的A点。在点。在t0时刻将该粒子由静止释放，经过时间时刻将该粒子由静止释放，经过时间t0，刚好运动到刚好运动到B点，且瞬时速度为零。已知电场强度点，且瞬时速度为零。已知电场强度大小为大小为E0。试求；。试求；实例一实例一质谱仪质谱仪社会态度与责任系列社会态度与责任系列复

16、合场中的复合场中的STSE问题问题装置装置原理图原理图规律规律质谱仪质谱仪1.（多选多选）质谱仪最初是由汤姆逊的学生阿斯顿设计的，他用）质谱仪最初是由汤姆逊的学生阿斯顿设计的，他用质谱仪证实了同位素的存在。如图质谱仪证实了同位素的存在。如图10所示，容器所示，容器A中有质量中有质量分别为分别为m1、m2，电荷量相同的两种粒子（不考虑粒子重力，电荷量相同的两种粒子（不考虑粒子重力及粒子间的相互作用），它们从容器及粒子间的相互作用），它们从容器A下方的小孔下方的小孔S1不断飘不断飘入电压为入电压为U的加速电场（粒子的初速度可视为零），沿直线的加速电场（粒子的初速度可视为零），沿直线S1S2（S2为

17、小孔）与磁场垂直的方向进入磁感应强度为为小孔）与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场中，最后打在水平放置的照相方向垂直纸面向外的匀强磁场中，最后打在水平放置的照相底片上。由于实际加速电压的大小在底片上。由于实际加速电压的大小在UU范围内微小变范围内微小变化，这两种粒子在底片上可能发生重叠。对此，下列说法正化，这两种粒子在底片上可能发生重叠。对此，下列说法正确的有（）确的有（）答案答案ABCA.两种粒子均带正电两种粒子均带正电B.打在打在M处的粒子质量较小处的粒子质量较小C.若若U一定，一定，U越大越容易发生重叠越大越容易发生重叠D.若若U一定，一定，U越大越容易发生重叠

18、越大越容易发生重叠实例二实例二回旋加速器回旋加速器装置装置原理图原理图规律规律回旋加回旋加速器速器A.它们的最大速度相同它们的最大速度相同B.它们的最大动能相同它们的最大动能相同C.两次所接高频电源的频率不相同两次所接高频电源的频率不相同D.仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能答案答案A实例三实例三速度选择器速度选择器装置装置原理图原理图规律规律速度选速度选择器择器图图123.在如图在如图12所示的平行板器件中，电场强度所示的平行板器件中，电场强度E和磁和磁感应强度感应强度B相互垂直。一带电粒子（重力不计）相互垂直。一带电粒子（重力不计）从左端以速度

19、从左端以速度v沿虚线射入后做直线运动，则该沿虚线射入后做直线运动，则该粒子（）粒子（）答案答案B实例四实例四电磁流量计电磁流量计装置装置原理图原理图规律规律电磁流电磁流量计量计图图13A.水平向左水平向左 B.水平向右水平向右C.竖直向上竖直向上 D.竖直向下竖直向下4.如图如图13甲所示为海影号电磁推进试验舰艇，船体下部的大洞使海水前后贯通。舰艇甲所示为海影号电磁推进试验舰艇，船体下部的大洞使海水前后贯通。舰艇沿海平面截面图如图乙所示，其与海水接触的两侧壁沿海平面截面图如图乙所示，其与海水接触的两侧壁M和和N分别连接舰艇内电源的正分别连接舰艇内电源的正极和负极，舰艇内超导体在极和负极，舰艇内超导体在M、N间产生强磁场，使间产生强磁场，使M、N间海水受到磁场力作用被间海水受到磁场力作用被推出，船因此前进。要使图乙中的舰艇向右前进，则所加磁场的方向应为（）推出，船因此前进。要使图乙中的舰艇向右前进，则所加磁场的方向应为（）解析解析图乙为俯视图，舰艇向右行驶，必须获得向图乙为俯视图，舰艇向右行驶，必须获得向右的作用力，由牛顿第三定律知，海水受到的安培右的作用力，由牛顿第三定律知，海水受到的安培力必须向左，力必须向左，M接正极，电流从接正极，电流从M到到N，由左手定，由左手定则知所加磁场方向必须竖直向上，选项则知所加磁场方向必须竖直向上，选项C正确。正