高考物理总复习专题5带电粒子在复合场中的运动市赛课公开课一等奖省名师获奖课件

高三一轮总复习物理1/64选修3-1第八章磁场2/64专题五带电粒子在复合场中运动3/64栏目导航12基础知识整合热门考点研析3物理模型构建4考题随堂演练4/64基础知识整合5/64霍尔元件能够用来检测磁场及其改变．图甲为使用霍尔元件测量通电直导线产生磁场装置示意图．因为磁芯作用，霍尔元件所处区域磁场可看作匀强磁场．测量原理如乙图所表示，直导线通有垂直纸面向里电流，霍尔元件前、后、左、右表面有四个接线柱，经过四个接线柱能够把霍尔元件接入电路．所用器材已在图中给出，部分电路已经连接好．为测量霍尔元件所处区域磁感应强度B.6/64(1)制造霍尔元件半导体参加导电自由电荷带负电，电流从乙图中霍尔元件左侧流入，右侧流出，霍尔元件________(填“前表面”或“后表面”)电势高．(2)在图中画线连接成试验电路图．7/64(3)已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n，每个自由电荷电荷量为e，霍尔元件厚度为h，为测量霍尔元件所处区域磁感应强度B，还必须测量物理量有________(写出详细物理量名称及其符号)，计算式B＝________.【思绪引导】

1.自由电荷在复合场中做什么运动？怎样判断霍尔元件表面电势高低？2．电流微观表示式怎样书写？自由电荷受到哪些力作用？【解析】本题属于教材“阅读材料”中关于霍尔效应知识点，关键是明确自由电荷在复合场中受到电场力和洛伦兹力作用，二力平衡．(1)依据安培定则可知，通电直导线产生磁场在图示位置是竖直向下，电流从霍尔元件左侧流入，右侧流出，依据左手定则可知，带负电自由电荷受到安培力向里，聚集在后表面，故前表面电势较高．8/64(2)电路中滑动变阻器控制电路中电流大小，电压表测量霍尔元件前后表面电势差，连接电路如图所表示：9/64场性质1．重力场(1)力大小：________.(2)力方向：____________．(3)功效特点：重力做功与物体路径无关，只与__________________________相关；重力做功等于____________________．知识点1

G＝mg竖直向下初末位置高度差重力势能降低许10/642．电场(1)力大小：F＝____，适合用于一切电场；F＝______，适合用于点电荷电场．(2)力方向：正电荷受力方向与场强方向______；负电荷受力方向与场强方向______．(3)功效特点：电场力做功与电荷路径无关，只与初末位置_________相关；电场力做功等于_____________________．qE一致相反电势差电势能降低许11/643．磁场(1)洛伦兹力大小：F＝_______，适合用于电荷运动方向与磁场方向垂直情况．(2)力方向：满足____________，洛伦兹力垂直于运动__________________确定平面．(3)功效特点：洛伦兹力充当圆周运动向心力，永不做功．4．组合场和复合场(1)组合场：电场和磁场存在显著界限，位于一定区域内，不相交，不重合．(2)复合场：重力场、电场和磁场在空间某一区域同时存在，或是其中两种场同时存在．左手定则方向和磁场qvB

12/64经典应用1．速度选择器(1)相互垂直匀强电场和匀强磁场复合，本质是受力平衡问题，如图所表示：知识点2(2)带电粒子在速度选择器中受到电场力和洛伦兹力作用，满足qE＝qvB时，即速度满足_______时，粒子在速度选择器中做_____________运动．匀速直线电性

电荷量

质量

13/642．质谱仪(1)该模型是组合场模型，带电粒子先后经过____________、______________最终打在底板上，如图所表示：加速电场偏转磁场越大

越大

14/643．盘旋加速器(1)盘旋加速器是经典组合场模型，装置由交变电场和匀强磁场组成，如图所表示：(2)带电粒子在电场中加速，在匀强磁场中偏转，为了确保粒子不停被加速，交变电场改变周期必须和匀强磁场中圆周运动周期_______．相等D型盒半径

15/644．霍尔元件(1)霍尔元件是经典受力平衡模型，导体中自由电荷在洛伦兹力作用下偏转，最终到达受力平衡，如图所表示：匀强磁场B和流过元件电流I

16/64尤其提醒速度选择器、质谱仪、盘旋加速器、磁流体发电机、霍尔元件、电磁流量计等高科技仪器工作原理本质上就是电磁场复合问题.17/64热门考点研析18/641.组合场由两个或两个以上有界电场、磁场组合而成复合场．2．特点(1)组合场内粒子运动也是组合，在磁场中粒子往往做匀速圆周运动(磁偏转)，在电场中通常做匀变速直线运动或匀变速曲线运动(电偏转)．(2)因为粒子在磁场中做匀速圆周运动，可依据进出磁场速度方向确定轨迹圆心，依据几何关系求出轨道半径和在磁场中运动时间；而当“切换”到偏转电场时，运动轨迹、性质等发生改变，则应用类平抛运动规律如速度、位移公式等处理问题．带电粒子在组合场中运动考点

119/643．“电偏转”和“磁偏转”比较带电粒子在匀强电场中运动属于“电偏转”模型，在匀强磁场中运动属于“磁偏转”模型．(1)受力情况：匀强电场中受到恒定电场力作用；匀强磁场中洛伦兹力与运动方向垂直，充当圆周运动向心力，属于变力；(2)运动情况：带电粒子垂直于电场方向飞入匀强电场，做类平抛运动；带电粒子垂直于磁场飞入匀强磁场，做匀速圆周运动；(3)功效特点：电场力对带电粒子做正功，动能增加，电势能降低；洛伦兹力对带电粒子不做功，动能不变；(4)分析方法：“电偏转”问题分析方法和平抛运动相同，主体思想是运动合成与分解，即化曲为直、化繁为简；“磁偏转”问题分析方法和匀速圆周运动相同，主体思想是圆周运动轨迹、圆心、半径确实定，即几何关系利用．20/64

(年重庆高考)图为某种离子加速器设计方案．两个半圆形金属盒内存在相同垂直于纸面向外匀强磁场．其中MN和M′N′是间距为h两平行极板，其上分别有正正确两个小孔O和O′，O′N′＝ON＝d，P为靶点，O′P＝kd(k为大于1整数)．极板间存在方向向上匀强电场，两极板间电压为U.质量为m、带电量为q正离子从O点由静止开例1

始加速，经O′进入磁场区域．当离子打到极板上O′N′区域(含N′点)或外壳上时将会被吸收．两虚线之间区域无电场和磁场存在，离子可匀速穿过．忽略相对论效应和离子所受重力．求：21/64(1)离子经过电场仅加速一次后能打到P点所需磁感应强度大小；(2)能使离子打到P点磁感应强度全部可能值；(3)打到P点能量最大离子在磁场中运动时间和在电场中运动时间．【思绪引导】

1.盘旋加速器工作原理是什么？电场作用是什么？磁场作用是什么？2．离子能量来自电场加速还是磁场偏转？怎样计算？22/6423/6424/64【总结提升】

处理电磁场问题注意点(1)明确电磁场偏转知识及磁场中做圆周运动对称性知识．(2)画出轨迹示意图，明确运动性质．(3)注意两个场中运动联络．25/64如图所表示，在真空中，半径为R虚线所围圆形区域内只存在垂直纸面向外匀强磁场．有一电荷量为q、质量为m带正电粒子，以速率v从圆周上P点沿垂直于半径OO1并指向圆心O方向进入磁场，从圆周上O1点飞出磁场后沿两板中心线O1O2射入平行金属板M和N，O1O2与磁场区域圆心O在同一直线上．板间存在匀强电场，两板间电压为U，两板间距为d.不计粒子所受重力．求：(1)磁场磁感应强度B大小；(2)粒子在磁场中运动时间；(3)粒子在两平行板间运动过程中最大速度与板长L关系．针对训练126/64解析：(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动，画出运动轨迹如图所表示：27/6428/6429/641.复合场重力场、电场和磁场重合在带电粒子运动空间组成．2．特点(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，将处于静止状态或做匀速直线运动．(2)匀速圆周运动当带电粒子所受重力与电场力大小相等，方向相反时，带电粒子在洛伦兹力作用下，在垂直于匀强磁场平面内做匀速圆周运动．带电粒子在复合场中运动考点

230/64(3)较复杂曲线运动当带电粒子所受合外力大小和方向均改变，且与初速度方向不在同一条直线上，粒子做非匀变速曲线运动，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经过几个情况不一样复合场区域，其运动情况随区域发生改变，其运动过程由几个不一样运动阶段组成．3．复合场应用实例速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应等，都是带电粒子在相互正交电场与磁场叠加场中运动问题．所不一样是，速度选择器中电场是带电粒子进入前存在，是外加；磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应中电场是在粒子进入磁场后，在洛伦兹力作用下，带电粒子在两极板上聚集后才形成．31/64

(年福建高考)如图，绝缘粗糙竖直平面MN左侧同时存在相互垂直匀强电场和匀强磁场，电场方向水平向右，电场强度大小为E，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B.一质量为m，电荷量为q带正电小滑块从A点由静止开始沿MN下滑，抵达C点时离开MN做曲线运动．A、C两点间距离为h，重力加速度为g.例2

(1)求小滑块运动到C点时速度大小vC；(2)求小滑块从A点运动到C点过程中克服摩擦力做功Wf；32/64(3)若D点为小滑块在电场力、洛伦兹力及重力作用下运动过程中速度最大位置，当小滑块运动到D点时撤去磁场，今后小滑块继续运动到水平地面上P点．已知小滑块在D点时速度大小为vD，从D点运动到P点时间为t，求小滑块运动到P点时速度大小vP.【思绪引导】

1.分析小滑块在C点受力情况，依据受力确定运动情况．2．撤去磁场后，小滑块做什么运动？怎样求解P点速度大小？33/6434/64【总结提升】

电场力、磁场力和重力共存时运动分类1．若三力平衡，粒子一定做匀速直线运动．2．若电场力与重力平衡，一定做匀速圆周运动．3．若协力不为零且与速度方向不垂直，则做复杂曲线运动，因洛伦兹力不做功，能够用能量守恒或动能定理求解问题．35/64

(多项选择)(届浙江一模)带电小球以一定初速度v0竖直向上抛出，能够到达最大高度为h1；若加上水平方向匀强磁场，且保持初速度仍为v0，小球上升最大高度为h2；若加上水平方向匀强电场，且保持初速度仍为v0，小球上升最大高度为h3；若加上竖直向上匀强电场，且保持初速度仍为v0，小球上升最大高度为h4，如图所表示．不计空气阻力，则(

)A．一定有h1＝h3

B．一定有h1＜h4C．h2与h4无法比较D．h1与h2无法比较针对训练236/64答案：AC37/64物理模型构建38/64带电粒子在交变电磁场中运动模型1．模型介绍(1)带电粒子在交变电磁场中运动，不但与交变电场和磁场改变情况相关，还与粒子进入场区时刻相关；(2)电磁场展现交替改变，运动过程复杂，运动规律不易把握．39/642．解题思绪(1)依据题意，分析交变电磁场改变情况，确定带电粒子进入场区时刻；(2)交变电磁场改变周期普通与带电粒子运动周期存在一定关联；必要时能够画出粒子在运动周期内完整轨迹，和交变周期进行比较，确定粒子实际运动路径；(3)找到衔接点，进行归纳、推理，确定粒子运动全过程，利用相关知识，寻找解题突破口．40/643．注意点(1)掌握电磁场改变规律，分析各个场改变情况是解题关键，尤其是改变周期和粒子运动周期关系；(2)分清带电粒子运动情况，判断带电粒子进入电磁场时刻和在电磁场中运动时间，进入场区时间点不一样，造成受力不一样，带电粒子运动情况随之发生改变；(3)理清近似等效关系，带电粒子在电场运动时间远小于电场改变周期时，能够近似认为粒子在电场中所受电场力不变．41/64在第一象限(含坐标轴)内有垂直xOy平面周期性改变均匀磁场，要求垂直xOy平面向里磁场方向为正．磁场改变规律如图，磁感应强度大小为B0，改变周期为T0.某一正粒子质量为m、电量为q，在t＝0时从O点沿x轴正向射入磁场中．若要求粒子在t＝T0时距z轴最远，则B0值为(

)例3

42/64【思绪引导】

1.粒子在磁场中做什么运动？运动轨迹怎样画？哪一点距z轴最远？2．粒子在磁场改变半个周期内运动圆弧对应圆心角是多少？【解析】设粒子圆心O1O2连线与y轴夹角为θ，依据几何图形对称性可知，A点速度方向与x轴平行，粒子在xOy平面内做圆周运动，距离z轴最远即距离原点最远，OA最长，此时圆周运动轨迹应与y轴相切，做出粒子运动轨迹如图所表示：43/64【答案】

D44/64

(届漳州模拟)如图甲所表示，M，N为竖直放置彼此平行两块平板，板间距离为d，两板中央各有一个小孔O、O′且正对，在两板间有垂直于纸面方向磁场，磁感应强度随时间改变如图乙所表示(垂直于纸面向里磁场方向为正方向)．有一群正离子在t＝0时垂直于M板从小孔O射入磁场，已知正离子质量为m，带电荷量为q，正离子在磁场中做匀速圆周运动周期与磁感应强度改变周期都为T0，不考虑因为磁场改变而产生电场影响，不计离子所受重力．求：针对训练345/64(1)磁感应强度B0大小；(2)若正离子从O′孔垂直于N板射出磁场所用时间最短，请画出其运动轨迹并求出该最短时间；(3)要使正离子从O′孔垂直于N板射出磁场，正离子射入磁场时速度v0可能值．(2)正离子从O′孔垂直于N板射出磁场，画出轨迹如图所表示：结合离子运动方向可知，当运动轨迹是一个周期时，运动时间最短．即tmin＝T0.46/6447/64考题随堂演练48/641．(届洛阳月考)如图所表示，匀强电场方向水平向右，匀强磁场方向垂直纸面向里，将带正电小球在场中静止释放，最终落到地面上．关于该过程，下述说法正确是(

)A．小球做匀变速曲线运动B．小球降低电势能等于增加动能C．电场力和重力做功等于小球增加动能D．若保持其它条件不变，只减小磁感应强度，小球着地时动能不变49/64解析：小球受到重力、电场力和洛伦兹力作用，洛伦兹力是变力，故小球所受合外力不恒定，不能做匀变速曲线运动，A选项错误；在运动过程中，洛伦兹力不做功，重力做正功，重力势能降低，电场力做正功，电势能降低，依据能量守恒定律可知，重力势能和电势能降低许等于动能增加量，故B选项错误；依据动能定理可知，电场力和重力做功之和等于小球动能增加量，C选项正确；磁感应强度减小，洛伦兹力发生改变，落地时位置会改变，电场力所做功会改变，则着地时动能也会改变，故D选项错误．答案：C50/642．(多项选择)(届玉溪一中月考)电视机显像管中，电子束偏转是用磁偏转技术实现．电子束经过电压为U加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所表示．磁场方向垂直于圆面，磁感应强度为B，磁场区中心为O，半径为r.电子束经过磁场后，偏转角度为θ，在不改变其它原因条件下，以下办法能够使θ增大是(

)A．增大电压U

B．减小电压UC．增大磁感应强度B

D．减小磁场区域半径r51/64答案：BC52/643．(多项选择)(届杭州五校模拟)研究表明，蜜蜂是依靠蜂房、采蜜地点和太阳三个点来定位，蜜蜂飞行时就是依据这三个位置关系呈8字形运动来告诉同伴蜜源方位．某兴趣小组用带电粒子在如图所表示电场和磁场中模拟蜜蜂8字形运动，即在y＞0空间中和y＜0空间内同时存在着大小相等，方向相反匀强电场，上、下电场以x轴为分界限，在y轴左侧和图中竖直虚线MN右侧均无电场，但有方向垂直纸面向里、和向外匀强磁场，MN与y轴距离为2d.一重力不计负电荷从y轴上P(0，d)点以沿x轴正方向初速度v0开始运动，经过一段时间后，电子又以相同速度回到P点，则以下说法正确是(

)53/64A．电场与磁场