新教材适用2024版高考物理二轮总复习第1部分核心主干复习专题专题3电场与磁场第10讲带电粒子在电场和磁场中的运动课件

第一部分核心主干复习专题专题三电场与磁场第10讲带电粒子在电场和磁场中的运动核心知识·固双基命题热点·巧突破核心知识•固双基必备知识”解读1.电场中常见的运动类型(2)偏转运动：一般研究带电粒子在匀强电场中的偏转问题．对于类平抛运动可直接利用平抛运动的规律以及推论；较复杂的曲线运动常用运动的合成与分解的方法来处理。2.匀强磁场中常见的运动类型(仅受磁场力作用)(1)匀速直线运动：当v∥B时，带电粒子以速度v做匀速直线运动。(2)匀速圆周运动：当v⊥B时，带电粒子在垂直于磁感线的平面内以入射速度大小做匀速圆周运动。3.关于粒子的重力(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；而对于一些宏观物体，如带电小球、液滴、金属块等一般应考虑其重力。(2)不能直接判断是否要考虑重力的情况，在进行受力分析与运动分析时，根据运动状态可分析出是否要考虑重力。“关键能力”构建1.思想方法(1)解题关键带电粒子在复合场中做什么运动，取决于带电粒子所受的合外力及初始运动状态的速度，因此带电粒子的运动情况和受力情况的分析是解题的关键。(2)力学规律的选择①当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，应根据平衡条件列方程求解。②当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，往往同时应用牛顿第二定律和受力分析列方程联立求解。③当带电粒子在复合场中做非匀变速曲线运动时，应选用动能定理或能量守恒定律列方程求解。2.解电磁学中的曲线运动常用“四种”方法电磁学中的曲线运动常用“四种”方法运动的合成分解(1)带电粒子以某一初速度，垂直电场方向射入匀强电场中，只受电场力作用的运动。(2)带电粒子在匀强电场及重力场中的匀变速曲线运动。动能定理解曲线运动问题带电粒子在复合场中做变加速曲线运动，适合应用动能定理．带电粒子在复合场中做匀变速曲线运动也可以使用动能定理。电磁学中的曲线运动常用“四种”方法利用牛顿运动定律解圆周运动问题(1)核外电子在库仑力作用下绕原子核的运动。(2)带电粒子在垂直匀强磁场的平面里在磁场力作用下的运动。(3)带电物体在各种外力(重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力等)作用下的圆周运动。利用几何关系解圆周问题带电粒子垂直射入匀强磁场，由于磁场的边界不同造成粒子轨迹圆与边界的几何问题，由于粒子射入磁场的速度不同造成粒子轨迹圆的半径不同，由于粒子射入磁场的方向不同造成粒子轨迹的旋转，以上均涉及平面几何问题。命题热点•巧突破〔真题研究〕(多选)(2022·全国乙卷，21)一种可用于卫星上的带电粒子探测装置，由两个同轴的半圆柱形带电导体极板(半径分别为R和R＋d)和探测器组成，其横截面如图甲所示，点O为圆心。在截面内，极板间各点的电场强度大小与其到O点的距离成反比，方向指向O点。4个带正电的同种粒子从极板间通过，到达探测器。不计粒子重力。粒子1、2做圆周运动，圆的圆心为O、半径分别为r1、r2(R<r1<r2<R＋d)；粒子3从距O点r2的位置入射并从距O点r1的位置出射；粒子4从距O点r1的位置入射并从距O点r2的位置出射，轨迹如图乙中虚线所示。则()题型1带电粒子在电场中的运动BDA．粒子3入射时的动能比它出射时的大B．粒子4入射时的动能比它出射时的大C．粒子1入射时的动能小于粒子2入射时的动能D．粒子1入射时的动能大于粒子3入射时的动能【审题指导】

关键表述物理量及其关系在截面内，极板间各点的电场强度大小与其到O点的距离成反比极板间产生均匀辐向电场，各点的电场强度大小与其到O点的距离的关系可表示为Er＝k，距离越大电场强度越小粒子1、2做圆周运动，圆的圆心为O静电力提供向心力，圆周运动轨迹经过处的电场强度大小相等，方向指向O关键表述物理量及其关系粒子3从距0点r2的位置入射并从距O点r1的位置出射粒子3做近心运动粒子4从距O点r1的位置入射并从距O点r2的位置出射粒子4做离心运动【解析】粒子3从极板间通过电场，电场力方向指向圆心，电场力做正功，粒子3的动能增加，则粒子3入射时的动能比它出射时的小，故选项A错误；粒子4从极板间通过电场，电场力方向指向圆心，电场力做负功，粒子4的动能减少，则粒子4入射时的动能比它出射时的大，故选项B正确；在截面内，极板间各点的电场强度大小与其到O点的距离成反比，可设为Er＝k，带正电的同种粒子1、2在均匀辐向电场中做匀速〔规律总结〕(1)不能利用题目所给的新信息结合匀速圆周运动等知识判断粒子的动能大小；(2)不能熟练应用粒子做近心和离心运动的条件分析问题。考法一带电粒子在电场中的直线运动1.(2023·湖北宜昌三模)如图所示，一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上，发射的光电子可沿垂直于平行板电容器极板的方向从左极板上的小孔进入电场，均不能到达右极板，则()D2.(2023·浙江温州模拟)如图甲所示为粒子直线加速器原理图，它由多个横截面积相同的同轴金属圆筒依次组成，序号为奇数的圆筒与序号为偶数的圆筒分别和交变电源相连，交变电源两极间的电势差的变化规律如图乙所示。在t＝0时，奇数圆筒比偶数圆筒电势高，此时和偶数圆筒相连的金属圆板(序号为0)的中央有一自由电子由静止开始在各间隙中不断加速。若电子的质量为m，电荷量为e，交变电源的电压为U，周期为T。不考虑电子的重力和相对论效应，忽略电子通过圆筒间隙的时间。下列说法正确的是()C考法二带电粒子在电场中的曲线运动3.(2023·江西统考二模)如图所示，在竖直向上的匀强电场中，A球位于B球的正上方，质量相等的两个小球以相同初速度水平抛出，它们最后落在水平面上同一点，其中只有一个小球带电，不计空气阻力，下列判断不正确的是(

)A．如果A球带电，则A球一定带负电B．如果A球带电，则A球的电势能一定增加C．如果B球带电，则B球一定带正电D．如果B球带电，则B球的电势能一定增加BC1.带电粒子在有界匀强磁场中运动的三个重要结论(1)粒子从同一直线边界射入磁场和射出磁场时，入射角等于出射角(如图甲，θ1＝θ2＝θ3)；(2)沿半径方向射入圆形磁场的粒子，出射时亦沿半径方向(如图乙，两侧关于两圆心连线对称)；题型2带电粒子在有界磁场中的运动(3)粒子速度方向的偏转角等于其轨迹的对应圆心角(如图甲，α1＝α2)。2.带电粒子在磁场中运动的多解成因(1)磁场方向不确定形成多解；(2)带电粒子电性不确定形成多解；(3)速度不确定形成多解；(4)运动的周期性形成多解。考法一带电粒子在有界磁场中的运动1.(2022·湖北应城市第一高级中学模拟预测)如图所示，直角三角形ABC内(包括边界)存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。已知∠A＝30°，O为AC中点。两个带异种电荷的粒子从O点以相同的速度沿垂直AC方向射入磁场，向左偏转的粒子恰好没有从AB边射出磁场，向右偏转的粒子恰好从B点射出磁场，忽略粒子的重力和粒子间的相互作用，则正，负粒子的比荷之比为()CB3.(多选)(2023·湖南邵阳联考)如图所示，空间存在四分之一圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外。一电子以初速度v从圆心O沿着OD方向射入磁场，经过时间t恰好由A点离开磁场。若电子以初速度v′从O沿着OD方向射入磁场，经时间t′恰好由C点离开磁场。已知圆弧CD长度是圆弧AC长度的一半，则()BC考法二带电粒子在磁场中运动的多解问题4.(2023·山东菏泽期中)如图所示，正方形abcd区域(包含边界)存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。一质量为m、电荷量为q的正电粒子从a点沿着ab方向射入磁场中，边长为l，不计粒子的重力，为使粒子从cd边射出磁场区域，粒子的速度可能为()C5.(多选)(2023·广东广州模拟