高三物理复习第八章磁场25带电粒子在复合场中的运动省公开课一等奖新名师获奖课件

1/64基础自主梳理2/64关键点研析突破关键点一3/64关键点研析突破4/64关键点研析突破5/64关键点研析突破1.(多项选择)(·黄冈中学三模)如图所表示，空间中存在正交匀强电场E和匀强磁场B(匀强电场水平向右)，在竖直平面内从a点沿ab、ac方向抛出两带电小球(不考虑两带电球相互作用，两球电荷量一直不变)，关于小球运动，以下说法正确是(AC)A.沿ab、ac方向抛出带电小球都可能做直线运动B.只有沿ab抛出带电小球才可能做直线运动C.若有小球能做直线运动，则它一定是匀速运动D.两小球在运动过程中机械能均守恒6/64解析：沿ab方向抛出带正电小球，或沿ac方向抛出带负电小球，在重力、电场力、洛伦兹力作用下，都可能做匀速直线运动，A项正确，B项错误;在重力、电场力、洛伦兹力三力都存在时直线运动一定是匀速直线运动，C项正确;两小球在运动过程中除重力做功外还有电场力做功，故机械能不守恒，D项错误．7/64关键点研析突破2.如图所表示虚线区域内，充满垂直于纸面向里匀强磁场和竖直向下匀强电场.一带电粒子a(不计重力)以一定初速度由左边界O点射入磁场、电场区域，恰好沿直线由区域右边界O′点(图中未标出)穿出.若撤去该区域内磁场而保留电场不变，另一个一样粒子b(不计重力)仍以相同初速度由O点射人，从区域右边界穿出，则粒子b(C)A.穿出位置一定在O′点下方B.穿出位置一定在O′点上方C.运动时，在电场中电势能一定减小D.在电场中运动时，动能一定减小8/64关键点研析突破解析：粒子a在电场、磁场复合区域内做直线运动，则该粒子一定做匀速直线运动，故对粒子a有qvB=qE，即只要满足E=Bv，不论粒子带正电还是负电，粒子都能够沿直线穿出复合场区.当撤去磁场只保留电场时，粒子b因为电性不确定，故无法判断是从O′点上方还是下方穿出，故A、B两项错误.粒子b在穿过电场区过程中必定受到电场力作用而做类平抛运动，电场力做正功，其电势能减小，动能增大，故C项正确，D项错误.9/64关键点研析突破关键点二10/64关键点研析突破例2(·成城市第三次诊疗性测试)如图所表示装置中，区域Ⅰ和Ⅲ中分别有竖直向上和水平向右匀强电场，电场强度分别为E和E/2；Ⅱ区域内有垂直纸面向外水平匀强磁场，磁感应强度为B.一质量为m、带电荷量为q带负电粒子(不计重力)从左边界O点正上方M点以速度v0水平射人电场，经水平分界限OP上A点与OP成60°角射人Ⅱ区域磁场，并垂直竖直边界CD进入Ⅲ区域匀强电场中.求：(1)粒子在Ⅱ区域匀强磁场中运动轨迹半径；(2)O、AM间距离；(3)粒子从M点出发到第二次经过CD边界所经历时间.11/64关键点研析突破思维导引①粒子在电场中做何种运动，题中角度60°有何作用？②粒子进入磁场时速度大小发生了何种改变，是以60°角斜进入磁场吗？③粒子在磁场中运动圆心、半径怎样确定，时间与哪个角度相关.④粒子在电场中做何种运动是否含有对称性？12/64关键点研析突破解析：(1)粒子在匀强电场中做类平抛运动，设粒子过A点时速度为v，由类平抛规律知v=v0/cos60°粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得Bqv=mv2/R所以R=2mv0/qB(2)设粒子在电场中运动时间为t1，加速度为a.则有qE=mav0tan60°=at1即t1=O、M两点间距离为13/64关键点研析突破(3)设粒子在Ⅱ区域磁场中运动时间为t2则由几何关系知t2=T1/6=πm/3qB设粒子在Ⅲ区域电场中运动时间为t3，则有a′=q·E/2/m=qE/2m则t3=2·v/a′=2·2v0/a′=8mv0/qE粒子从M点出发到第二次经过CD边界所用时间为答案：14/64感悟提升：组合场中粒子运动普通都含有完美对称性，审题过程中要抓住对称性这一关键解题思想，画出轨迹示意图，依据几何关系和物理方程综合求解.15/64关键点研析突破16/64关键点研析突破17/64关键点研析突破18/64关键点研析突破19/64关键点研析突破关键点三20/64关键点研析突破21/64关键点研析突破例3(·福建卷)如图所表示，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.(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；(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.22/64思维导引①粒子抵达N点之前做何种运动、受哪几个力作用，又有哪几个力做功？②离开N点条件及标志是什么？③离开N点后在电场及重力场复合场中受力有何改变，做什么运动，有哪几个力对其做功.解析：(1)小滑块沿MN运动过程，水平方向受力满足qvB+N=qE①小滑块在C点离开MN时N=0②解得vC=E/B③(2)由动能定理mgh-Wf=1/2mv2C-0④解得23/64(3)如图，小滑块速度最大时，速度方向与电场力、重力协力方向垂直.撤去磁场后小滑块将做类平抛运动，等效加速度为g′答案：24/64感悟提升：分析带电粒子在复合场中运动问题普通步骤：(1)看清粒子所在区域中场组成，普通是电场、磁场、重力场中两个场或三个场复合场.(2)正确受力分析是解题基础，除了重力、弹力、摩擦力以外，尤其要注意电场力和洛伦兹力分析，不可遗漏任一个力.(3)在受力分析基础上进行运动分析，注意运动情况和受力情况相互结合，尤其要关注一些特殊时刻所处特殊状态(临界状态)，对于临界问题，注意挖掘隐含条件.(4)假如粒子在运动过程中经过不一样区域受力发生改变，应依据需要对过程整个分阶段处理.(5)应用一些必要数学知识，画出粒子运动轨迹示意图，依据题目标条件和问题灵活选择不一样物理规律解题.①当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，依据受力平衡列方程求解;②当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，应用牛顿定律结合圆周运动规律求解;③当带电粒子做复杂曲线运动时，普通要结合动能定理或能量守恒定律求解.25/64关键点研析突破26/64关键点研析突破27/64关键点研析突破28/64关键点研析突破29/6430/64关键点研析突破31/64关键点研析突破5.(·四川卷)在如图所表示竖直平面内，水平轨道CD和倾斜轨道GH与半径r=944m光滑圆弧轨道分别相切于D点和G点，GH与水平面夹角θ=37°.过G点、垂直于纸面竖直平面左侧有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度B=1.25T；过D点、垂直于纸面竖直平面右侧有匀强电场，电场方向水平向右，电场强度E=1×104N/C.小物体P1质量m=2×10-3kg、电荷量q=+8×10-6C，受到水平向右推力F=9.98×10-3N作用，沿CD向右做匀速直线运动，抵达D点后撤去推力.当P1抵达倾斜轨道底端G点时，不带电小物体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间动摩擦因数均为μ=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：32/64关键点研析突破(1)小物体P1在水平轨道CD上运动速度v大小；(2)倾斜轨道GH长度s.33/64解析：(1)设小物体P1在匀强磁场中运动速度为v，受到向上伦兹力为F1，受到摩擦力为f，则F1=qvB①f=μ(mg-F1)②由题意，水平方向协力为零F-f=0③联立①②③式，代入数据解得v=4m/s④(2)设P1在G点速度大小为vG，因为洛伦兹力不做功，依据动能定理34/64P1在GH上运动，受到重力、电场力和摩擦力作用，设加速度为a1，依据牛顿第二定律qEcosθ-mgsinθ-μ(mgcosθ+qEsinθ)=ma1⑥P1与P2在GH上相遇时，设P1在GH上运动距离为s1，则s1=vGt+1/2a1t2⑦设P2质量为m2，在GH上运动加速度为a2，则m2gsinθ-μm2gcosθ=m2a2⑧P1与P2在GH上相遇时，设P2在GH上运动距离为s2，则s2=1/2a2t2⑨s=s1+s2⑩联立⑤~⑩式，代入数据得s=0.56m答案：(1)4m/s(2)0.56m35/64关键点研析突破关键点四36/64关键点研析突破例4(·江苏卷)一台质谱仪工作原理如图所表示，电荷量均为+q、质量不一样离子飘入电压为U0加速电场，其初速度几乎为零.这些离子经加速后经过狭缝O沿着与磁场垂直方向进入磁感应强度为B匀强磁场，最终打在底片上.已知放置底片区域MN＝L，且OM＝L.某次测量发觉MN中左侧2/3区域MQ损坏，检测不到离子，但右侧1/3区域QN仍能正常检测到离子.在适当调整加速电压后，原本打在MQ离子即可在QN检测到.(1)求原本打在MN中点P离子质量m；37/64关键点研析突破(2)为使原本打在P离子能打在QN区域，求加速电压U调整范围；(3)为了在QN区域将原本打在MQ区域全部离子检测完整，求需要调整U最少次数.(取lg2＝0.301，lg3=0.477，lg5=0.699)思维导引①质谱仪是用来测量什么物理量仪器；②粒子经同一电场加速后，是否以相同速度大小进入偏移磁场？③原来打在MQ段粒子为何能打在QN段，调整后电应更高还是更低？电压限值是开区间还是闭区间；④调整电压后，全部粒子是否整体向右平移？38/64关键点研析突破解析：39/64答案：40/64关键点研析突破41/64关键点研析突破42/64关键点研析突破43/64关键点研析突破44/64关键点研析突破例5(·重庆卷)如图所表示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：45/64关键点研析突破(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.思维导引①盘旋加速器中粒子速率是在哪个场中增加？②粒子能打到P点运动情形是否含有各种可能，其条件是什么？③粒子分屡次在电场中不停被加速，可否等效为一次不间断匀速直线运动?46/64关键点研析突破解析：47/64关键点研析突破答案：48/64关键点研析突破49/64关键点研析突破50/64关键点研析突破51/64速效提升训练52/6453/64速效提升训练2.如图所表示为“滤速器”装置示意图，a、b为水平放置平行金属板，其电容为C，板间距离为d，平行板内存在垂直纸面向里匀强磁场，磁感应强度为B.a、b板带上电荷，可在平行板内产生匀强电场，且电场方向和磁场方向相互垂直.一带电粒子以速度v0经小孔进入正交电磁场可沿直线OO′运动，由O′射出，粒子所受重力不计，则a板所带电荷情况是(C)A.带正电，其电荷量为B.带负电，其电荷量为C.带正电，其电荷量为D.带负电，其电荷量为54/64速效提升训练解析：设粒子电荷量为q，a板电荷量为Q，粒子在电磁场中做直线运动，qE=qv0B，其中E＝U/d，而U=Q/C,联立解得Q=CBdv0；假设粒子带正电，依据左手定则，粒子受到洛伦兹力方向向上，那么电场力方向向下，则a板带正电．同理，若粒子带负电，也能够判断出a板带正电，选项C正确．55/64速效提升训练3.(·武汉大学附中月考)盘旋加速器在科学研究中得到了广泛应用，其原理如图所表示：D1和D2是两个中空半圆形金属盒，置于与盒面垂直匀强磁场中，它们接在电压为U、周期为T交流电源上.位于D1圆心处质子源A能不停产生质子(初速度能够忽略)，它们在两盒之间被电场加速，当质子被加速到最大动能Ek后，再将它们引出.忽略质子在电场中运动时间，则以下说法中正确是(D)A.若只增大交变电压U，则质子最大动能Ek会变大B.若只增大交变电压U，则质子在盘旋加速器中运行时间会变长C.若只将交变电压周期变为2T，仍可用此装置加速质子D.质子第n次被加速前后轨道半径之比为n-1:n56/64解析：57/64速效提升训练58/64速效提升训练59/64速效提升训练60/64速效提升训练5.(·上海奉贤区期中综合练习)如图所表示，A板左侧存在着水平向左匀强电场E1，A板上有一水平小孔正对右侧竖直屏上O点，A板与屏之间距离为L，A板与屏之间存在竖直向下匀强电场E2和垂直纸面向外匀强磁场.一个带负电可视为质点微粒从P点以某一初速度v0竖直向上射人电场，经时间0.4s恰好从A板中小孔水平进入右侧区