2019届二轮复习专题三第3讲　带电粒子在复合场中的运动课件（73张）

2019届二轮复习专题三第3讲　带电粒子在复合场中的运动课件（73张）

建体系 • 记要点 研考向 • 提能力 做真题 • 明考向 目 录 ONTENTS C 4 限训练 • 通高考 专题三 电场与磁场 第 3 讲　带电粒子在复合场中的运动 1. (2016· 高考全国卷 Ⅰ ， T15) 现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定．质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场．若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的 12 倍．此离子和质子的质量比约为 ( 　　 ) A ． 11 　　　　　　　 B.12 C ． 121 D ． 144 答案： D 2. (2017· 高考全国卷 Ⅰ ， T16) 如图，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 ) ，磁场方向垂直于纸面向里．三个带正电的微粒 a 、 b 、 c 电荷量相等，质量分别为 m a 、 m b 、 m c . 已知在该区域内， a 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， c 在纸面内向左做匀速直线运动．下列选项正确的是 ( 　　 ) A ． m a > m b > m c B ． m b > m a > m c C ． m c > m a > m b D ． m c > m b > m a 答案： B (1) 小球做匀速直线运动的速度 v 的大小和方向； (2) 从撤掉磁场到小球再次穿过 P 点所在的这条电场线经历的时间 t . 答案： (1) 见解析　 (2)3.5 s ■ 命题特点与趋势 —— 怎么考 1 ． 带电粒子在复合场中的运动在高考全国卷中属于冷考点，近几年高考涉及的题目多为较简单的选择题．但在自主命题地区的高考中是命题热点，题目多为综合性较强的计算题． 2 ．从近几年全国卷和地方卷的试题可以看出，命题点多集中在带电粒子在电场和磁场的组合场中运动，重在考查曲线运动的处理方法及几何关系的应用．也有考查重力场、电场、磁场的叠加场中的运动问题，重在考查在受力分析及动力学规律的应用． 3 ． 2019 年高考题会以组合场为主，要关注以磁与现代科技为背景材料的题目． ■ 解题要领 —— 怎么做 解决此类问题一定要分清复合场的组成、带电体在场中的受力特点、满足的运动规律 ( 如类平抛运动、圆周运动、匀变速直线运动等 ) ，同时要做好运动过程分析，将一个复杂的运动分解成若干简单的运动，并能找出它们之间的联系． 2 ．抓住 “ 两个技巧 ” (1) 按 照带电粒子运动的先后顺序，将整个运动过程划分成不同特点的小过程． (2) 善于画出几何图形处理边、角关系，要有运用数学知识处理物理问题的习惯． [ 典例展示 1] 　 (2018· 福建龙岩上学期期末 ) 如图所示，在空间有 xOy 坐标系，第三象限有磁感应强度为 B 的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，第四象限有沿 y 轴正方向的匀强电场．一个质量为 m 、电荷量为 q 的正离子，从 A 处沿与 x 轴成 60° 角的方向垂直射入匀强磁场中，结果离子正好从距 O 点为 L 的 C 处沿垂直电场方向进入匀强电场，最后离子打在 x 轴上距 O 点 2 L 的 D 处，不计离子重力，求： (1) 此离子在磁场中做圆周运动的半径 r ； (2) 离子从 A 处运动到 D 处所需的时间； (3) 场强 E 的大小． [ 方法技巧 ] 带电粒子在组合场中运动的处理方法 (1) 明性质： 要清楚场的性质、方向、强弱、范围等，如例题中磁场在第三象限且垂直纸面向里，电场在第四象限且竖直向上． (2) 定运动： 带电粒子依次通过不同场区时，由受力情况确定粒子在不同区域的运动情况，如在磁场中受洛伦兹力做匀速圆周运动，在电场中受电场力做类平抛运动． (3) 画轨迹： 正确地画出粒子的运动轨迹图． (4) 用规律： 根据区域和运动规律的不同，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． (5) 找关系： 要明确带电粒子通过不同场区的交界处时速度大小和方向的关系，上一个区域的末速度往往是下一个区域的初速度． 1 ． (2018· 福建漳州一中模拟 ) 如图，在 x 轴下方的区域内存在方向与 y 轴正方向相同的匀强电场．在 x 轴上方以原点 O 为圆心、半径为 R 的半圆形区域内存在匀强磁场，磁场的方向垂直于 xOy 平面并指向纸面外，磁感应强度为 B . y 轴负半轴上的 A 点与 O 点的距离为 d ，一质量为 m 、电荷量为 q 的带正电粒子从 A 点由静止释放，经电场加速后从 O 点射入磁场．粒子重力不计，求： 2. 如图所示，平面直角坐标系的 x 轴上方 存在竖直向上的匀强电场 Ⅰ ，场强为 E 1 ( 未知 ) ，第四象限内 OC 与 x 轴正方向成 60° 角， OC 与 x 轴间存在垂直纸面向里 的匀强磁场，磁感应强度为 B ( 未知 ) ， OC 与 y 轴间存在垂直 OC 向下的匀强电场 Ⅱ ，场强为 E 2 ( 未知 ) ．一质量为 m 、带电 荷量为－ q ( q >0) 的粒子从 O 点以与 x 轴正方向成 30° 角的初速度 v 0 射入匀强电场 E 1 中，经一段时间后从 x 轴上的 Q 点进入匀强磁场，经磁场偏转后恰好垂直穿过 OC 且刚好能到达 y 轴上的 D 点，已知 O 、 Q 间的距离为 L ，粒子重力不计，求： (1) 场强 E 1 、 E 2 的大小及磁感应强度 B 的大小； (2) 粒子从 O 点运动到 D 点所用的时间 t . 解析： (1) 粒子的运动轨迹如图所示，粒子在匀强电场 Ⅰ 中做斜上抛运动，由运动的合成与分解知： [ 典例展示 2] 　 如 图所示，平面 OM 和水平面 ON 之间的夹角为 30° ， 两平面之间同时存在匀强磁场和 匀强电场，匀强磁场的磁感应强 度大小为 B ，方向垂直纸面向外； 匀强电场的方向竖直向上．一带电小球的质量为 m ，电荷量为 q ；带电小球沿竖直平面以大小为 v 0 的初速度从平面 OM 上的某点沿左上方射入磁场，速度方向与 OM 成 30° 角，带电小球进入磁场后恰好做匀速圆周运动．已知带电小球在磁场中的运动轨迹与 ON 恰好相切，且带电小球能从 OM 上另一点 P 射出磁场 ( P 未画出 ) ． (1) 判断带电小球带何种电荷？所加电场的电场强度 E 为多大？ (2) 求出射点 P 到两平面交点 O 的距离 s . (3) 带电小球离开磁场后继续运动，能打在左侧竖直的光屏 OO ′ 上的 T 点，求 T 点到 O 点的距离 s ′ . [ 答案 ] 　 见 解析 [ 方法技巧 ] 带电粒子在叠加场中运动的处理方法 (1) 弄清叠加场的组成特点． (2) 正确分析带电粒子的受力及运动特点． (3) 画出粒子的运动轨迹，如本题中在叠加场和重力场中的运动分别是圆周运动和平抛运动，灵活选择不同的运动规律． ① 若只有两个场，合力为零，则表现为匀速直线运动或静止状态．例如电场与磁场中满足 qE ＝ q v B 时、重力场与磁场中满足 mg ＝ q v B 时、重力场与电场中满足 mg ＝ qE 时． 3.( 多选 ) 如图所示，空间存在水平向左的 匀强电场和垂直纸面向里的水平匀强磁 场．在该区域中，有一个竖直放置的光 滑绝缘圆环，环上套有一个带正电的小 球． O 点为圆环的圆心， a 、 b 、 c 、 d 为圆环上的四个点， a 点为最高点， c 点为最低点， b 、 O 、 d 三点在同一水平线上．已知小球所受电场力与重力大小相等．现将小球从环的顶端 a 点由静止释放，下列判断正确的是 ( 　　 ) A ．小球能越过 d 点并继续沿环向上运动 B ．当小球运动到 d 点时，不受洛伦兹力 C ．小球从 d 点运动到 b 点的过程中，重力势能减小，电势能减小 D ．小球从 b 点运动到 c 点的过程中，经过弧 bc 中点时速度最大 解析： 电场力与重力大小相等，则二者的合力指向左下方 45° ，由于合力是恒力，故类似于新的重力，所以 ad 弧的中点相当于竖直平面圆环的 “ 最高点 ”． 关于圆心对称的位置 ( 即 bc 弧的中点 ) 就是 “ 最低点 ” ，速度最大；由于 a 、 d 两点关于新的最高点对称，若从 a 点静止释放，最高运动到 d 点，故 A 错误；当小球运动到 d 点时，速度为零，故不受洛伦兹力，故 B 正确；由于 d 、 b 等高，故小球从 d 点运动到 b 点的过程中，重力势能不变，故 C 错误；由于等效重力指向左下方 45° ，弧 bc 中点是等效最低点，故小球从 b 点运动到 c 点的过程中，经过弧 bc 中点时速度最大，故 D 正确． 答案： BD 4. 如图所示是相互垂直的匀强电场和 匀强磁场组成的叠加场，电场强度和 磁感应强度分别为 E 和 B ，一个质量 为 m 、带正电荷量为 q 的油滴，以水 平速度 v 0 从 a 点射入，经一段时间后运动到 b 点．试计算： (1) 油滴刚进入叠加场 a 点时的加速度大小． (2) 若到达 b 点时，偏离入射方向的距离为 d ，此时速度大小为多大？ 5. (2018· 甘肃武威第五次段考 ) 如图，竖 直平面内，两竖直虚线 MN 、 PQ 间 ( 含 边界 ) 存在竖直向上的匀强电场和垂直 于竖直平面向外的匀强磁场， MN 、 PQ 间距为 d ，电磁场上下区域足够大．一 个质量为 m ，电荷量为 q 的带正电小球 从左侧进入电磁场，初速度 v 与 MN 夹角 θ ＝ 60° ，随后小球做匀速圆周运动， 恰能到达右侧边界 PQ 并从左侧边界 MN 穿出．不计空气阻力，重力加速度为 g . 求： (1) 电场强度大小 E ； (2) 磁场磁感应强度大小 B ； (3) 小球在电磁场区域运动的时间． 6 ． ( 多选 ) (2018· 河南洛阳一模 ) 如图为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且被限制在 AC 板间，虚线中间不需加电场，带电粒子从 P 0 处以速度 v 0 沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入 D 形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动．对这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．加速粒子的最大速度与 D 形盒的尺寸无关 B ．带电粒子每运动一周被加速一次 C ．带电粒子每运动一周 P 1 P 2 等于 P 2 P 3 D ．加速电场方向不需要做周期性的变化 答案： BD 答案： B 8. 为了测量化工厂的污水排放量， 技术人员在排污管末端安装了流 量计 ( 流量 Q 为单位时间内流过某 截面流体的体积 ) ．如图所示，长 方体绝缘管道的长、宽、高分别为 a 、 b 、 c ，左、右两端开口，所在空间有垂直于前后面、磁感应强度大小为 B 的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板 M 、 N ，污水充满管道从左向右匀速流动，测得 M 、 N 间电压为 U ，污水流过管道时受到的阻力大小是 f ＝ kL v 2 ，其中 k 为比例系数， L 为污水沿流速方向的长度， v 为污水的流速，则有 ( 　　 ) 答案： D 9. (2018· 高考全国卷 Ⅲ ) 如图，从离 子源产生的甲、乙两种离子，由静 止经加速电压 U 加速后在纸面内水 平向右运动，自 M 点垂直于磁场边 界射入匀强磁场，磁场方向垂直于 纸面向里，磁场左边界竖直．已知甲种离子射入磁场的速度大小为 v 1 ，并在磁场边界的 N 点射出；乙种离子在 MN 的中点射出； MN 长为 l . 不计重力影响和离子间的相互作用．求： (1) 磁场的磁感应强度大小； (2) 甲、乙两种离子的比荷之比． 限训练 • 通高考 点击进入 word....