2019届二轮复习带电粒子在复合场中的运动课件（共57张）（全国通用）

2019届二轮复习带电粒子在复合场中的运动课件（共57张）（全国通用）

专题整合突破 专题三　电场和磁场 第 10 讲　带电粒子在复合场中的运动 1 微网构建 2 高考真题 3 热点聚焦 4 复习练案 微 网 构 建 高 考 真 题 C 　 2 ． (2018 · 全国 Ⅰ ， 25) 如图，在 y >0 的区域存在方向沿 y 轴负方向的匀强电场，场强大小为 E ；在 y <0 的区域存在方向垂直于 xOy 平面向外的匀强磁场。一个氕核 H 和一个氘核 H 先后从 y 轴上 y ＝ h 点以相同的动能射出，速度方向沿 x 轴正方向。已知 H 进入磁场时，速度方向与 x 轴正方向的夹角为 60° ，并从坐标原点 O 处第一次射出磁场。 H 的质量为 m ，电荷量为 q 。不计重力。求 (1)H 第一次进入磁场的位置到原点 O 的距离； (2) 磁场的磁感应强度大小； (3)H 第一次离开磁场的位置到原点 O 的距离。 [ 解析 ] 　 (1) 粒子运动的轨迹如图 (a) 所示。 ( 粒子在电场中的轨迹为抛物线，在磁场中为圆弧，上下对称 ) 图 (a) (2) 粒子从电场下边界入射后在电场中做类平抛运动。设粒子从 M 点射入时速度的大小为 v 0 ，在下侧电场中运动的时间为 t ，加速度的大小为 a ；粒子进入磁场的速度大小为 v ，方向与电场方向的夹角为 θ [ 如图 (b)] ，速度沿电场方向的分量为 v 1 。根据牛顿第二定律有 图 (b) qE ＝ ma ① 式中 q 和 m 分别为粒子的电荷量和质量。由运动学公式有 v 1 ＝ at ② l ′ ＝ v 0 t ③ v 1 ＝ v cos θ ④ 4 ． (2018 · 全国 Ⅲ ， 24) 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。 (1) 求粒子从 P 到 M 所用的时间 t 。 (2) 若粒子从与 P 同一水平线上的 Q 点水平射出，同样能由 M 进入磁场，从 N 射出。粒子从 M 到 N 的过程中，始终在环形区域中运动，且所用的时间最少，求粒子在 Q 时速度 v 0 的大小。 热 点 聚 焦 1 ．组合场模型 电场、磁场、重力场 ( 或其中两种场 ) 并存，但各位于一定区域，并且互不重叠的情况。 热点一　带电粒子在组合场中的运动 2 ． 带电粒子在组合场内运动的解决方法 (1) 要清楚场的性质、方向、强弱、范围等。 (2) 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。 (3) 正确地画出粒子的运动轨迹图。 (4) 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) 当粒子从一个场进入另一个场时，分析转折点处粒子速度的大小和方向往往是解题的突破口。 典例 1 (1) 求电子进入磁场时的位置坐标； (2) 若要使电子在磁场中从 ab 边射出，求匀强磁场的磁感应强度大小 B 满足的条件。 〔 类题演练 1〕 ( 多选 )(2018 · 江西省新余市高三下学期模拟 ) 如图所示，开始静止的带电粒子带电荷量为＋ q ，质量为 m ( 不计重力 ) ，从点 P 经电场加速后，从小孔 Q 进入右侧的边长为 L 的正方形匀强磁场区域 ( PQ 的连线经过 AD 边、 BC 边的中点 ) ，磁感应强度大小为 B 、方向垂直于纸面向外，若带电粒子只能从 CD 边射出，则 ( 　 　 ) AC 　 1 ．复合场模型 电场、磁场、重力场 ( 或其中两种场 ) 并存于同一区域的情况。 2 ． 带电粒子在复合场中的运动情况分析 (1) 当带电粒子在复合场中所受合力为零时，做匀速直线运动 ( 如速度选择器 ) 或处于静止状态。 (2) 当带电粒子所受的重力与电场力等值反向，洛伦兹力提供向心力时，带电粒子在垂直于于磁场的平面内做匀速圆周运动。 热点二　带电粒子在复合场中的运动 3 ． 带电粒子在复合场中的受力情况分析 带电粒子在复合场中的运动问题是电磁学知识和力学知识的结合，分析方法和力学问题的分析方法基本相同，即均用动力学观点、能量观点来分析，不同之处是多了电场力、洛伦兹力，二力的特点是电场力做功与路径无关，洛伦兹力方向始终和运动速度方向垂直永不做功等。 典例 2 [ 解析 ] 　 (1) 由 P 的位置特点可知 ∠ POy ＝ 45° ，分析可知，粒子受到电场力和洛伦兹力作用 PO 沿直线只能做匀速运动；由力的平衡条件可得 qE ＝ q v B 解得 E ＝ B v 由左手定则可知，洛伦兹力方向垂直于 PO 斜向左下，故电场力的方向垂直于 PO 斜向右上，因粒子带正电，所以电场强度的方向垂直于 PO 斜向右上，与 x 轴成 45° 的夹角。 〔 类题演练 2〕 (2018 · 湖南省郴州市高三下学期一模 ) 如图所示，甲是不带电的绝缘物块，乙带正电，甲乙叠放在一起，置于粗糙的绝缘水平地板上，地板上方空间有垂直纸面向里的匀强磁场，现加一水平向左的匀强电场，发现甲、乙无相对滑动一起向左加速运动。在加速运动阶段 ( 　　 ) A ．甲、乙两物块间的摩擦力不变 B ．甲、乙两物块可能做加速度减小的加速运动 C ．乙物块与地面之间的摩擦力不断减小 D ．甲、乙两物体可能做匀加速直线运动 B 　 [ 解析 ] 　 由于 f 增大， F 一定，根据牛顿第二定律得，加速度 a 减小，对甲研究得到，乙对甲的摩擦力 F 甲 ＝ m 甲 a ，则得到 f 甲 减小，甲、乙两物块间的静摩擦力不断减小。故 A 错误； 以甲乙整体为研究对象，分析受力如图，则有 N ＝ F 洛 ＋ ( m 甲 ＋ m 乙 ) g ，当甲乙一起加速运动时，洛伦兹力 F 洛 增大， N 增大，则地面对乙的滑动摩擦力 f 增大，故 C 错误；甲乙整体受到的摩擦力逐渐增加，故做加速度不断减小的加速运动，最后是一起匀速运动，故 B 正确， D 错误；故选 B 。 1 ．带电粒子在交变电场或磁场中的运动情况比较复杂，一定要从粒子的受力情况分析，分析清楚粒子在不同时间间隔内的运动情况。 (1) 若交变电压的变化周期远大于粒子穿越电场的时间或粒子穿越电场的时间极短可忽略，则粒子在穿越电场的过程中，电场可看作匀强电场。 (2) 空间存在的电场或磁场是时间周期性变化的，一般呈现 “ 矩形波 ” 的特点。交替变化的电场及磁场会使带电粒子依次经过不同特点的电场或磁场或复合场，从而表现出 “ 多过程 ” 现象，其运动特点既复杂又隐蔽。 热点三　带电粒子在交变电磁场中的运动 2 ． 带电粒子在交变电、磁场中运动的分析方法 (1) 仔细分析并确定各场的变化特点及相应的时间，其变化周期一般与粒子在电场或磁场中的运动周期有一定的联系，应抓住变化周期与运动周期之间的联系作为解题的突破口。 (2) 必要时，可把粒子的运动过程还原成一个直观的运动轨迹草图进行分析。 (3) 把粒子的运动分解成多个运动阶段分别进行处理，根据第一阶段上的受力情况确定粒子的运动规律。 　　　　　 (2018 · 山东省历城高三下学期模拟 ) 如图甲所示，在坐标系 xOy 平面内， y 轴的左侧，有一个速度选择器，其中的电场强度为 E ，磁感应强度为 B 0 ，粒子源不断地释放出沿 x 轴正方向运动，质量均为 m 、电量均为＋ q 、速度大小不同的粒子，在 y 轴的右侧有一匀强磁场、磁感应强度大小恒为 B ，方向垂直于 xOy 平面，且随时间做周期性变化 ( 不计其产生的电场对粒子的影响 ) ，规定垂直 xOy 平面向里的磁场方向为正，如图乙所示，在离 y 轴足够远的地方有一个与 y 轴平行的荧光屏，假设带电粒子在 y 轴右侧运动的时间达到磁场的一个变化周期之后，失去电量变成中性粒子 ( 粒子的重力可以忽略不计 ) 。 典例 3 (3) 由于两次磁场的大小相等方向相反，由运动的对称性可知其运动的轨迹如图乙，经过一个磁场的变化周期后速度的方向与 x 轴再次平行，且距离 x 轴的距离为 y ＝ 2 r (1 － cos α ) (1) 粒子在磁场中运动的速率 v ； (2) 粒子在磁场中运动的轨道半径 R 和磁场的磁感应强度 B 。 (2) 做出电子在磁场中的轨迹如图所示： ⑦