2018届二轮复习带电粒子在复合场中的运动课件（共68张）（全国通用）

2018届二轮复习带电粒子在复合场中的运动课件（共68张）（全国通用）

核心专题突破 第一部分 第 3 讲　带电粒子在复合场中的运动 专题三　电场和磁场 栏目导航 2 年考情回顾 热点题型突破 对点规范演练 热点题源预测 逐题对点特训 2 年考情回顾 设问 方式 带电粒子在复合场中的运动 [ 例 ] (2017 · 全国卷 Ⅰ ， 16 题 ) 　 (2017 · 天津卷， 11 题 ) 　 (2017 · 江苏卷， 15 题 ) (2016 · 天津卷， 11 题 ) 　　 (2016 · 北京卷， 22 题 ) 　 (2016 · 四川卷， 11 题 ) 审题 要点 ① 审题要关注粒子电性，电场，磁场方向及场的组合情况． ② 要认真分析带电粒子运动性质及受力特征，应画出受力图及运动轨迹图． ③ 要审清各段运动间的关联点的速度关系或各段运动过程的位移或时间关系 热点题型突破 题型一　带电粒子在组合场中的运动 命题规律 带电粒子在组合场中的运动是高考的重点和热点，高考对此命题有如下规律： (1) 结合场对带电粒子的作用考查三种常见的运动规律．即匀变速直线运动，平抛运动，匀速圆周运动． (2) 对带电粒子通过大小和方向不同的电场或磁场区域时的运动进行考查 方法点拨 1 ． 运动过程的分解方法 (1) 以 “ 场 ” 的边界将带电粒子的运动过程分段； (2) 分析每段运动带电粒子的受力情况和初速度，判断粒子的运动性质； (3) 建立联系：前、后两段运动的关联为带电粒子过关联点时的速度； (4) 分段求解：根据题设条件，选择计算顺序． 2 ． 周期性和对称性的应用 相邻场问题大多具有周期性和对称性，解题时一是要充分利用其特点画出带电粒子的运动轨迹，以帮助理顺物理过程；二是要注意周期性和对称性对运动时间的影响． (1) 匀强电场的电场强度 E 和磁场的磁感应强度 B 的大小； (2) 粒子运动到 P 点的速度大小； (3) 粒子从 M 点运动到 P 点所用的时间． 突破点拨 (1) “ 以大小为 v 0 的速度沿 x 轴正方向射入电场 ” 说明：带电粒子在第 Ⅰ 象限做类平抛运动． (2)“ 又经过磁场垂直 y 轴进入第 Ⅲ 象限 ” 说明：带电粒子在第 Ⅳ 象限做匀速圆周运动的圆心在，带电粒子在第 Ⅲ 象限做类平抛运动． 【变式考法 1 】 (1) 在上述题 1 中，若带电粒子射入电场的速度大小为原来的 2 倍，粒子经过坐标轴的位置不变，试分析匀强电场的电场强度和匀强磁场的磁感应强度如何变化． (2) 在上述题 1 中，若第 Ⅲ 象限内的匀强电场方向沿 x 轴负方向，试分析粒子经过 y 轴进入第 Ⅲ 象限的位置的纵坐标． 2. (2016 · 福建福州二模 ) 如图所示，在 x 轴上方存在匀强磁场，磁感应强度为 B ，方向垂直纸面向里．在 x 轴下方存在匀强电场，方向竖直向上．一个质量为 m 、电荷量为 q 、重力不计的带正电粒子从 y 轴上的 a ( h, 0) 点沿 y 轴正方向以某初速度开始运动，一段时间后，粒子与 x 轴正方向成 45° 进入电场，经过 y 轴的 b 点时速度方向恰好与 y 轴垂直．求： (1) 粒子在磁场中运动的轨道半径 r 和速度大小 v 0 ； (2) 匀强电场的电场强度大小 E ； (3) 粒子从开始到第三次经过 x 轴的时间 t 总． 【变式考法 2 】 将上述 2 中 x 轴下方的匀强电场方向改成与 x 轴负方向成 45° 角，如图所示，若粒子沿平行电场线移动的最大距离为 h ，求： (1) 匀强电场的电场强度大小 E ； (2) 粒子从开始到第三次经过 x 轴的时间 t . 3. (2017 · 天津卷 ) 平面直角坐标系 xOy 中，第 Ⅰ 象限存在垂直于平面向里的匀强磁场，第 Ⅲ 象限存在沿 y 轴负方向的匀强电场，如图所示．一带负电的粒子从电场中的 Q 点以速度 v 0 沿 x 轴正方向开始运动， Q 点到 y 轴的距离为到 x 轴距离的 2 倍．粒子从坐标原点 O 离开电场进入磁场，最终从 x 轴上的 P 点射出磁场， P 点到 y 轴距离与 Q 点到 y 轴距离相等．不计粒子重力，问： (1) 粒子到达 O 点时速度的大小和方向； (2) 电场强度和磁感应强度的大小之比． 带电粒子在组合场中运动的解题方法 题型二　带电粒子在叠加场中的运动 命题规律 带电粒子在叠加场中的运动是高考考查力电知识综合应用的重要题型， 命题规律 有： (1) 一般结合平抛运动，圆周运动及动能关系进行综合考查，多为计算题． (2) 有时也会以选择题的形式考查在现代科技中的应用． 方法点拨 带电粒子在叠加场中运动的分析方法 (1) 明种类：明确叠加场的种类及特征． (2) 析特点：正确分析带电粒子的受力特点及运动特点． (3) 画轨迹：画出运动轨迹过程示意图，明确圆心、半径及边角关系． (4) 用规律：灵活选择不同的运动规律． ① 两场共存时，电场与磁场中满足 qE ＝ q v B 或重力场与磁场中满足 mg ＝ q v B 或重力场与电场中满足 mg ＝ qE ，都表现为匀速直线运动或静止，根据受力平衡列方程求解． ② 三场共存时，合力为零，受力平衡，粒子做匀速直线运动．其中洛伦兹力 F ＝ q v B 的方向与速度 v 垂直． (1) 求两极板间电压 U ； (2) 若两极板不带电，保持磁场不变，该粒子仍沿中心线 O 1 O 2 从 O 1 点射入，欲使粒子从两板左侧间飞出，射入的速度应满足什么条件？ 【变式考法 】 (1) 在上述题 1 中，若撤去磁场，极板间电压不变，粒子从 O 1 点射入，欲使粒子飞出极板，试求粒子射入电场的速度应满足什么条件． (2) 在上述题 1 中，若两极板不带电，粒子仍从 O 1 点以相同的速度射入，欲使粒子垂直打在极板上，试求磁场的磁感应强度应为多少． 2. (2017 · 陕西西安模拟 ) 在如图所示的直角坐标系中，第一象限有沿 y 轴正向的匀强电场，场强大小为 E 1 ，第四象限有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为 B ，同时还有沿 y 轴负方向的匀强电场，场强大小为 E 2 ，且 E 1 ＝ 2 E 2 . 现有一个质量为 m 、带电量为 q 的带负电的粒子，以平行于 x 轴正向的初速度从坐标轴的 P 1 点射入第一象限， OP 1 ＝ L ，然后从 x 轴上的 P 2 点进入第四象限， OP 2 ＝ L ，粒子进入第四象限后恰好能做圆周运动．重力加速度为 g ，求： (1) 微粒射入的初速度； (2) 粒子进入第四象限后做圆周运动的半径； (3) 若粒子运动到最低点时改变磁感应强度的大小，使粒子刚好能垂直于 x 轴进入第一象限，求改变后磁感应强度的大小． 复合场的优选规律解题 (1) 受力分析，关注几场叠加 ① 磁场、重力场并存，受重力和洛伦兹力； ② 电场、磁场并存 ( 不计重力的微观粒子 ) ，受电场力和洛伦兹力； ③ 电场、磁场、重力场并存，受电场力、洛伦兹力和重力． (2) 运动分析，典型运动模型构建 受力平衡的匀速直线运动，受力恒定的匀变速直线运动，受力大小恒定且方向指向圆心的匀速圆周运动，受力方向变化复杂的曲线运动等． (3) 选用规律，两种观点解题 ① 带电体做匀速直线运动，则用平衡条件求解 ( 即二力或三力平衡 ) ； ② 带电体做匀速圆周运动，应用向心力公式或匀速圆周运动的规律求解； ③ 带电体做匀变速直线或曲线运动，应用牛顿运动定律和运动学公式求解； ④ 带电体做复杂的曲线运动，应用能量守恒定律或动能定理求解． 题型三　磁与现代科技的应用 命题规律 质谱仪、回旋加速器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应、磁流体泵等都是高考常考的物理模式之一．不同点在于速度选择器的电场是带电粒子进入前存在的，是外加的；磁流体发电机、电磁流量计和霍尔元件中的电场是粒子进入磁场后，在洛伦兹力作用下带电粒子在两极板间聚集后才产生的．此类试题的题型既有选择题又有计算题，只是综合性强，难度中等． 方法点拨 与电、磁场有关的现代科技问题的分析方法 (1) 讨论与电、磁场有关的实际问题，首先应通过分析将其提炼成纯粹的物理问题，然后用解决物理问题的方法进行分析．这里较多的是用分析力学问题的方法，对于带电粒子在磁场中的运动，还应特别注意运用几何知识寻找关系． (2) 解决实际问题的过程： 1. (2017 · 宁夏银川一模 )( 多选 ) 1932 年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器．回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的 D 形金属盒半径为 R ，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计．磁感应强度为 B 的匀强磁场与盒面垂直． A 处的粒子源产生的粒子，质量为 m 、电荷量为＋ q ，在加速器中被加速，加速电压为 U . 实际使用中，磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为 B m 、 f m ，加速过程中不考虑相对论效应和重力作用 ( 　 　 ) ABD 【变式考法 】 (1) 若用该加速器分别加速质子 ( 电量为＋ q ，质量为 m ) 和 α 粒子 ( 电量为 2 q ，质量为 4 m ) ．则它们运动周期之比为多少？ 2. (2017 · 江苏卷 ) 一台质谱仪的工作原理如图所示．大量的甲、乙两种离子飘入电压为 U 0 的加速电场，其初速度几乎为 0 ，经加速后，通过宽为 L 的狭缝 MN 沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为 B 的匀强磁场中，最后打到照相底片上．已知甲、乙两种离子的电荷量均为＋ q ，质量分别为 2 m 和 m ，图中虚线为经过狭缝左、右边界 M 、 N 的甲种离子的运动轨迹．不考虑离子间的相互作用． (1) 求甲种离子打在底片上的位置到 N 点的最小距离 x ； (2) 在图中用斜线标出磁场中甲种离子经过的区域，并求该区域最窄处的宽度 d ； (3) 若考虑加速电压有波动，在 ( U 0 － Δ U ) 到 ( U 0 ＋ Δ U ) 之间变化，要使甲、乙两种离子在底片上没有重叠，求狭缝宽度 L 满足的条件． 热点题源预测 带电粒子在交变的电场和磁场中的运动 考向 预测 带电粒子在交变的电场和磁场中的运动是高考命题的热点，能考查考生的综合分析能力，有可能成为高考的压轴题 解题 关键 解决带电粒子在交变的电场和电磁场中运动问题 “ 三步走 ” 明：仔细分析并确定各场的变化特点及变化周期，其 一般与粒子在电场或磁场中的运动周期相关． 画：把粒子的运动过程还原成一个直观的运动轨迹草图 分：把粒子的运动分解成多个运动阶段分别进行处理． 根据每一阶段的受力情况确定粒子的运动规律 失分 防范 (1) 带电粒子在交变电、磁场中的运动属于高难问题，极易从以下几点失分： ① 搞不清各种场在各时段的复合形式； ② 搞不清电、磁场在不同时段的有无、交变或交替规律； ③ 搞不清各种场力对粒子共同作用的效果； ④ 分析不出粒子在各时段的运动情况； ⑤ 分析不出粒子在电、磁场的时间转折点和空间转折点的运动状态； ⑥ 画不出轨迹，列不出方程． (2) 措施防范： ① 先确定是几种场相邻或叠加； ② 可由图象 ( 一般题目给出 ) 确定电场或磁场的变化规律； ③ 正确分析各时段粒子的受力情况和运动情况； ④ 注意在时间转折点和空间转折点电场或磁场及粒子的运动速度大小和方向的变化； ⑤ 画出轨迹草图，列出与不同时间和空间对应的方程 【预测 】 如图甲所示，在 xOy 平面内存在均匀、大小随时间周期性变化的磁场和电场，变化规律分别如图乙、丙所示 ( 规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向、沿 y 轴正方向电场强度为正 ) ．在 t ＝ 0 时刻由原点 O 发射初速度大小为 v 0 ，方向沿 y 轴正方向的带负电粒子．已知 v 0 、 t 0 、 B 0 ，粒子的比荷为，不计粒子的重力．求： (1) t ＝ t 0 时，求粒子的位置坐标； (2) 若 t ＝ 5 t 0 时粒子回到原点，求 0 ～ 5 t 0 时间内粒子距 x 轴的最大距离； (3) 若粒子能够回到原点，求满足条件的所有 E 0 值． 思维导航 规范答题 　　 　 　　　　　甲　　　　　　　　　乙 【变式考法 】 (2017 · 江苏泰州二模 ) 如图所示， y 轴右侧空间有垂直 xOy 平面向里的匀强磁场，同时还有沿－ y 方向的匀强电场 ( 图中电场未画出 ) ，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示 ( 图中 B 0 已知，其余量均为未知 ) ． t ＝ 0 时刻，一质量为 m 、电荷量为＋ q 的带电粒子以速度 v 0 从坐标原点 O 沿 x 轴射入电场和磁场区， t 0 时刻粒子到达坐标为 ( x 0 ， y 0 ) 的点 A ( x 0 > y 0 ) ，速度大小为 v ，方向沿＋ x 方向，此时撤去电场． t ＝ t 0 ＋ t 1 ＋ t 2 时刻，粒子经过 x 轴上 x ＝ x 0 点，速度沿＋ x 方向，不计粒子重力，求： ( l )0 ～ t 0 时间内 OA 两点间电势差 U OA ； (2) 粒子在 t ＝ 0 时刻的加速度大小 a 0 ； (3) B 1 的最小值和对应 t 2 的表达式．