高考物理复习：带电粒子在复合场中的运动ppt课件

1、一【考情报告】二【思维诊断】四【小题慢练】五【典例剖析】典1变式加固第3讲 带电粒子在复合场中的运动三【知识梳理】“电偏转与“磁偏转的比较：总结提升考点考点1 带电粒子在组合场中的运动带电粒子在组合场中的运动考点考点2 带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动总结提升典2一【考情报告】考纲考纲考情考情三年三年1717考高考指数：考高考指数：1.1.带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动2.2.质谱仪和回旋加速器质谱仪和回旋加速器 二【思维诊断】(1)带电粒子在复合场中不可能处于静止状态。()(2)带电粒子在复合场中可能做匀速圆周运动。()(3)带电粒子在复合场中一定能做匀变速

2、直线运动。()(4)带电粒子在复合场中运动一定要考虑重力。()(5)电荷在速度选择器中做匀速直线运动的速度与电荷的电性有关。()知识点1 带电粒子在复合场、组合场中的运动1.复合场与组合场：(1)复合场：电场、_、重力场共存,或其中某两场共存。(2)组合场：电场与磁场各位于一定的区域内,并不重叠,或在同一区域,电场、磁场分时间段或分区域交替出现。磁场磁场 三【知识梳理】2.带电粒子在复合场中运动情况分类：带电粒子在复合场中运动情况分类：(1)静止或匀速直线运动：当带电粒子在复合场中所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受合外力为零时,将处于将处于_状态或状态或_状态。状态。

3、(2)匀速圆周运动：当带电粒子所受的重力与电场力匀速圆周运动：当带电粒子所受的重力与电场力大小大小_,方向方向_时时,带电粒子在洛伦兹力的作用带电粒子在洛伦兹力的作用下下,在垂直于匀强磁场的平面内在垂直于匀强磁场的平面内做做_运动。运动。静止静止匀速直线运动匀速直线运动相等相等相反相反匀速圆周匀速圆周(3)较复杂的曲线运动：当带电粒子所受合外力的大小和方向均较复杂的曲线运动：当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化变化,且与初速度方向不在且与初速度方向不在_上时上时,粒子做非匀变速曲线粒子做非匀变速曲线运动运动,这时粒子的运动轨迹既不是圆弧这时粒子的运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线。也不是抛物线

4、。(4)分阶段运动：带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场分阶段运动：带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域区域,其运动情况随区域发生变化其运动情况随区域发生变化,其运动过程由几种不同的运其运动过程由几种不同的运动阶段组成。动阶段组成。一条直线一条直线知识点知识点2 带电粒子在复合场中运动的应用实例带电粒子在复合场中运动的应用实例装置装置原理图原理图规律规律质谱仪质谱仪粒子由静止被加速电场加速粒子由静止被加速电场加速qU=_,qU=_,在磁场中做匀速圆周运在磁场中做匀速圆周运动动qvB=_,qvB=_,则比荷则比荷21mv22vmr2 2q2UmBr质谱仪质谱仪回旋加速器回旋加速器速度

5、选择器速度选择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交流电的周期和粒子做圆周运动交流电的周期和粒子做圆周运动的周期的周期_,_,粒子在圆周运动过粒子在圆周运动过程中每次经过程中每次经过D D形盒缝隙都会被加形盒缝隙都会被加速。由速。由qvB=qvB=得得E Ekmkm= = 相等相等2mvr222q B r2m装置装置原理图原理图规律规律速度选速度选择器择器若若qvqv0 0B=Eq,B=Eq,即即v v0 0= ,= ,粒子做粒子做_运动运动 EB匀速直线匀速直线1.如下图,在两个水平放置的平行金属板之间,电场和磁场的方向相互垂直。一束带电粒子(不计重力)沿直线穿过两板间的空间而

6、不发生偏转。则这些粒子一定具有相同的()A.质量m B.电荷量qC.运动速度v D.比荷qm四【小题慢练】2.如下图,一个静止的质量为m、电荷量为q的粒子(重力忽略不计),经加速电压U加速后,垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中,粒子打到P点,OP=s,能正确反映s与U之间关系的是()A.s与U成正比B.s与U成反比C.s与 成正比D.s与 成反比UU四【小题慢练】3.回旋加速器是加速带电粒子的装置,其主体部分是两个D形金属盒。两金属盒处在垂直于盒底的匀强磁场中,a、b分别与高频交流电源两极相连接,下列说法正确的是()A.带电粒子从磁场中获得能量B.带电粒子的运动周期是变化的C.带电粒子由加速器

7、的中心附近进入加速器D.增大金属盒的半径,粒子射出时的动能不变4.地球大气层外部有一层复杂的电离层,既分布有地磁场,也分布有电场。假设某时刻在该空间中有一小区域存在如图所示的电场和磁场;电场的方向在纸面内斜向左下方,磁场的方向垂直纸面向里。此时一带电宇宙粒子恰以速度v垂直于电场和磁场射入该区域,不计重力作用,则在该区域中,有关该带电粒子的运动情况不可能的是()A.仍做直线运动 B.立即向左下方偏转C.立即向右上方偏转 D.可能做匀速圆周运动带电粒子在组合场中的运动带电粒子在组合场中的运动“电偏转与电偏转与“磁偏转的比较：磁偏转的比较：垂直电场线进入匀强垂直电场线进入匀强电场电场( (不计重力不

8、计重力) )垂直磁感线进入匀强垂直磁感线进入匀强磁场磁场( (不计重力不计重力) )受力受力情况情况电场力电场力F FE E=qE,=qE,其大小、其大小、方向不变方向不变, ,与速度与速度v v无无关关,F,FE E是恒力是恒力洛伦兹力洛伦兹力F FB B=qvB,=qvB,其大其大小不变小不变, ,方向随方向随v v而改而改变变,F,FB B是变力是变力轨迹轨迹抛物线抛物线圆或圆的一部分圆或圆的一部分垂直电场线进入匀强垂直电场线进入匀强电场电场( (不计重力不计重力) )垂直磁感线进入匀强垂直磁感线进入匀强磁场磁场( (不计重力不计重力) )运动运动轨迹轨迹垂直电场线进入匀强垂直电场线进入

9、匀强电场电场( (不计重力不计重力) )垂直磁感线进入匀强磁场垂直磁感线进入匀强磁场( (不计重力不计重力) )求解求解方法方法利用类似平抛运动的利用类似平抛运动的规律求解：规律求解：v vx x=v=v0 0，x=vx=v0 0t tv vy y= t= t，y=y=偏转角偏转角：半径：半径：r=r=周期：周期：T=T=偏移距离偏移距离y y和偏转角和偏转角要结要结合圆的几何关系利用圆周合圆的几何关系利用圆周运动规律讨论求解运动规律讨论求解qEm21 qEt2 myx0vqEttanvmvmvqB2 mqB垂直电场线进入匀强垂直电场线进入匀强电场电场( (不计重力不计重力) )垂直磁感线进入

10、匀强磁垂直磁感线进入匀强磁场场( (不计重力不计重力) )运动运动时间时间动能动能变化变化不变不变0LtvmtT2Bq【典例1】(2019海南高考)如图,在x轴上方存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外;在x轴下方存在匀强电场,电场方向与xOy平面平行,且与x轴成45夹角。一质量为m、电荷量为q(q0)的粒子以初速度v0从y轴上的P点沿y轴正方向射出,一段时间后进入电场,进入电场时的速度方向与电场方向相反;又经过一段时间T0,磁场的方向变为垂直于纸面向里,大小不变。不计重力。(1)求粒子从P点出发至第一次到达x轴时所需时间。(2)若要使粒子能够回到P点,求电场强度的最大值。【解题

11、探究】(1)带电粒子的运动过程分两个：_运动和_运动。(2)如何求解带电粒子在磁场中的匀速圆周运动?提示：画轨迹,定圆心,求圆心角,然后根据运动周期求时间。匀速圆周匀速圆周匀变速直线匀变速直线【变式训练】如下图,坐标平面第象限内存在大小为E=4105N/C、方向水平向左的匀强电场,在第象限内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。质量与电荷量之比为 =410-10kg/C的带正电粒子从x轴上的A点以初速v0=2107m/s垂直x轴射入电场,OA=0.2m,不计重力。求：mq(1)粒子经过y轴时的位置到原点O的距离。(2)若要求粒子不能进入第象限,求磁感应强度B的取值范围。(不考虑粒子第二次进入电场后的

12、运动情况)【加固训练】如下图,在空间中存在垂直纸面向里的匀强磁场,其竖直边界AB、CD的宽度为d,在边界AB左侧是竖直向下、场强为E的匀强电场,现有质量为m、带电量为+q的粒子(不计重力)从P点以大小为v0的水平初速度射入电场,随后与边界AB成45射入磁场。若粒子能垂直CD边界飞出磁场,穿过小孔进入如图所示两竖直平行金属板间的匀强电场中减速至零且碰不到正极板。(1)请画出粒子上述过程中的运动轨迹,并求出粒子进入磁场时的速度大小v。(2)求匀强磁场的磁感应强度B的大小。(3)求金属板间的电压U的最小值。【总结提升】解决带电粒子在组合场中运动问题的思路方法【总结提升】解决带电粒子在组合场中运动问题

13、的思路方法 考点考点2 带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中运动的解题思路：带电粒子在复合场中运动的解题思路：(1)弄清复合场的组成弄清复合场的组成,一般有磁场、电场的复合一般有磁场、电场的复合,电场、重力场电场、重力场的复合的复合,磁场、重力场的复合磁场、重力场的复合,磁场、电场、重力场三者的复合。磁场、电场、重力场三者的复合。(2)正确受力分析正确受力分析,除重力、弹力、摩擦力外要特别注意电场力和除重力、弹力、摩擦力外要特别注意电场力和磁场力的分析。磁场力的分析。(3)确定带电粒子的运动状态确定带电粒子的运动状态,注意运动情况和受力情况的分析。注意运动情况和受

14、力情况的分析。(4)对于粒子连续通过几个不同情况场的问题,要分阶段进行处理。转折点的速度往往成为解题的突破。(5)画出粒子运动轨迹,灵活选择不同的运动规律。当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时,根据受力平衡列方程求解。当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时,应用牛顿运动定律结合圆周运动规律求解。当带电粒子做复杂曲线运动时,一般用动能定理或能量守恒定律求解。对于临界问题,注意挖掘隐含条件。【典例2】(2019四川高考)在如图所示的竖直平面内,水平轨道CD和倾斜轨道GH与半径r= m的光滑圆弧轨道分别相切于D点和G点,GH与水平面的夹角=37。过G点、垂直于纸面的竖直平面左侧有匀强磁场,磁场方向垂直

15、于纸面向里,磁感应强度B=1.25T;过D点、垂直于纸面的竖直平面右侧有匀强电场,电场方向水平向右,电场强度E=1104N/C。小物体P1质量m=210-3kg、电荷量q=+810-6C,受到水平向右的推力F=9.9810-3N的作用,沿CD向右做匀速直线运动,到达D点后撤去推力。当P1到达倾斜轨道底端G点时,不带电的小物体P2在GH顶端静止释放,经过时间t=0.1s与P1相遇。P1和P2与轨道CD、GH间的动摩擦因数均为=0.5,取g=10m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8,物体电荷量保持不变,不计空气阻力。求：(1)小物体P1在水平轨道CD上运动速度v的大小。(2)倾斜轨道G

16、H的长度s。944【破题关键】【破题关键】关键信息关键信息思考方向思考方向电场方向水平向右电场方向水平向右电场力方向水平向右电场力方向水平向右沿沿CDCD向右做匀速直线运动向右做匀速直线运动利用平衡条件求解洛伦兹力大小利用平衡条件求解洛伦兹力大小, ,进一进一步求解速度大小步求解速度大小【总结提升】带电体在复合场中运动的归类分析【总结提升】带电体在复合场中运动的归类分析(1)磁场力、重力并存。磁场力、重力并存。若重力和洛伦兹力平衡若重力和洛伦兹力平衡,则带电体做匀速直线运动。则带电体做匀速直线运动。若重力和洛伦兹力不平衡若重力和洛伦兹力不平衡,则带电体将做复杂的曲线则带电体将做复杂的曲线运动运动,因洛伦兹力不做功因洛伦兹力不做功,故机械能守恒。故机械能守恒。(2)电场力、磁场力并存电场力、磁场力并存(不计重力不计重力)。若电场力和洛伦兹力平衡若电场力和洛伦兹力平衡,则带电体做匀速直线运