2018届二轮复习专题十带电粒子在组合场复合场中的运动课件（36张）（全国通用）

2018届二轮复习专题十带电粒子在组合场复合场中的运动课件（36张）（全国通用）

- 1 - 知识脉络梳理 规律方法导引 - 2 - 知识脉络梳理 规律方法导引 1 . 知识规律 (1)做好“两个区分”。 ① 正确区分重力、电场力、洛伦兹力的大小、方向及做功特点。 ② 正确区分“电偏转”和“磁偏转”的不同。 (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几何关系,要有运用数学知识处理物理问题的习惯。 2 . 思想方法 (1)物理思想:模型思想、分解思想、等效思想。 (2)物理方法:理想化模型法、分解法、对称法、临界法。 - 3 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 带电粒子在组合场中的运动 主要以计算题的形式考查带电粒子在组合场中的运动。所谓组合场就是电场、磁场、重力场在不同的空间 , 或不同时间在同一空间存在的场。 例 1 如图所示,内圆半径为 r 、外圆半径为3 r 的圆环区域内有垂直纸面向里、磁感应强度为 B 的匀强磁场。圆环左侧的平行板电容器两板间电压为 U ,靠近 M 板处静止释放质量为 m 、电荷量为 q 的正离子,经过电场加速后从 N 板小孔射出,并沿圆环直径方向射入磁场,不计离子的重力,忽略平行板外的电场。求 : (1)离子从 N 板小孔射出时的速率; (2)离子在磁场中做圆周运动的周期; (3)使离子不进入小圆区域,电压 U 的取值范围。 - 4 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 5 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 6 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 - 7 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 规律方法带电粒子在组合场中运动的处理方法 不论带电粒子是先后在匀强电场和匀强磁场中运动 , 还是先后在匀强磁场和匀强电场中运动。解决方法如下 : (1) 分别研究带电粒子在不同场中的运动规律 , 若垂直匀强磁场方向进入 , 则做匀速圆周运动 ; 在匀强电场中 , 若速度方向与电场方向在同一直线上 , 则做匀变速直线运动 , 若进入电场时的速度方向与电场方向垂直 , 则做类平抛运动。根据不同的运动规律分别求解。 (2) 带电粒子经过磁场区域时利用圆周运动规律结合几何关系来处理。 (3) 注意分析磁场和电场边界处或交接点位置粒子速度的大小和方向 , 把粒子在两种不同场中的运动规律有机地联系起来。 - 8 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练 1 (2017· 全国 Ⅲ 卷 ) 如图所示 , 空间存在方向垂直于纸面 ( xOy 平面 ) 向里的磁场。在 x ≥ 0 区域 , 磁感应强度的大小为 B 0 ; x< 0 区域 , 磁感应强度的大小为 λB 0 ( 常数 λ> 1) 。一质量为 m 、电荷量为 q ( q> 0) 的带电粒子以速度 v 0 从坐标原点 O 沿 x 轴正向射入磁场 , 此时开始计时 , 当粒子的速度方向再次沿 x 轴正向时 , 求 ( 不计重力 ): (1) 粒子运动的时间 ; (2) 粒子与 O 点间的距离。 - 9 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 10 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 带电粒子在复合场中的运动 一般以计算题形式考查,经常结合平抛运动、圆周运动进行综合考查;有时也结合受力考查运动规律。 - 11 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 例 2 如图所示 , 位于竖直平面内的坐标系 xOy , 在其第三象限空间有垂直于纸面向外的匀强磁场 , 磁感应强度大小为 B= 0 . 5 T, 还有沿 x 轴负方向的匀强电场 , 电场强度大小为 E= 2 N/C 。在其第一象限空间有沿 y 轴负方向的、电场强度大小也为 E 的匀强电场 , 并在 y>h= 0 . 4 m 的区域有磁感应强度也为 B 的垂直于纸面向里的匀强磁场。一个电荷量为 q 的油滴从图中第三象限的 P 点得到一初速度 , 恰好能沿 PO 做匀速直线运动 ( PO 与 x 轴负方向的夹角为 θ= 45 ° ), 并从原点 O 进入第一象限。已知重力加速度 g 取 10 m/s 2 。 - 12 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (1) 油滴在第三象限运动时受到的重力、电场力、洛伦兹力三力的大小之比 , 并指出油滴带何种电荷。 (2) 求油滴在 P 点得到的初速度大小。 (3) 求油滴在第一象限运动的时间。 - 13 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 解析 (1) 根据受力分析 ( 如图 ) 可知油滴带负电荷。 设油滴质量为 m , 由平衡条件得 - 14 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 15 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 - 16 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 规律方法带电粒子在复合场中运动的处理方法 (1) 弄清复合场的组成特点。 (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 , 灵活选择不同的运动规律。 ① 若只有两个场且正交。例如 , 电场与磁场中满足 qE=qvB 或重力场与磁场中满足 mg=qvB 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=qvB 的方向与速度 v 垂直。 - 17 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 ③ 三场共存时 , 粒子在复合场中做匀速圆周运动。 mg 与 qE 相平衡 , 有 mg=qE , 由此可计算粒子比荷 , 判定粒子电性。粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动 , 应用受力平衡和牛顿运动定律结合圆周运动规律求解 , 有 ④ 当带电粒子做复杂的曲线运动或有约束的变速直线运动时 , 一般用动能定理或能量守恒定律求解。 - 18 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练 2 (2017· 全国 Ⅰ 卷 )如图所示,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 B - 19 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 涉及复合场的技术应用 以计算题的形式进行考查,往往以电磁技术的应用为背景材料,联系实际考查学生学以致用的能力,有时也以选择题形式出现。 - 20 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 例 3 使用回旋加速器的实验需要把离子束从加速器中引出,离子束引出的方法有磁屏蔽通道法和静电偏转法等。质量为 m ,速度为 v 的离子在回旋加速器内旋转,旋转轨道是半径为 r 的圆,圆心在 O 点,轨道在垂直纸面向外的匀强磁场中,磁感应强度为 B 。 为引出离子束,使用磁屏蔽通道法设计引出器。引出器原理如图所示,一对圆弧形金属板组成弧形引出通道,通道的圆心位于 O' 点( O' 点图中未画出)。引出离子时,令引出通道内磁场的磁感应强度降低,从而使离子从 P 点进入通道,沿通道中心线从 Q 点射出。已知 OQ 长度为 l , OQ 与 OP 的夹角为 θ 。 - 21 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (1) 求离子的电荷量 q 并判断其正负。 (2) 离子从 P 点进入 , Q 点射出 , 通道内匀强磁场的磁感应强度应降为 B' , 求 B' 。 (3) 换用静电偏转法引出离子束 , 维持通道内的原有磁感应强度 B 不变 , 在内外金属板间加直流电压 , 两板间产生径向电场 , 忽略边缘效应。为使离子仍从 P 点进入 , Q 点射出 , 求通道内引出轨迹处电场强度 E 的方向和大小。 - 22 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 23 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 24 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 规律方法 对此类问题的分析首先要掌握好涉及复合场的科技应用模型 : 速度选择器、电磁流量计、磁流体发电机、回旋加速器、质谱仪、霍尔效应 , 然后结合具体问题进行模型的迁移应用 , 同时又要注意是否存在一定的变化 , 做到具体问题具体分析。 - 25 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练 3 如图 , 某一新型发电装置的发电管是横截面为矩形的水平管道 , 管道的长为 l 、宽为 d 、高为 h , 上下两面是绝缘板 , 前后两侧面 M 、 N 是电阻可忽略的导体板 , 两导体板与开关 S 和定值电阻 R 相连。整个管道置于磁感应强度大小为 B , 方向沿 z 轴正方向的匀强磁场中。管道内始终充满电阻率为 ρ 的导电液体 ( 有大量的正、负离子 ), 且开关闭合前后 , 液体在管道进、出口两端压强差的作用下 , 均以恒定速率 v 0 沿 x 轴正向流动 , 液体所受的摩擦阻力不变。 - 26 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (1) 求开关闭合前 , M 、 N 两板间的电势差大小 U 0 。 (2) 求开关闭合前后 , 管道两端压强差的变化 Δ p 。 (3) 调整矩形管道的宽和高 , 但保持其他量和矩形管道的横截面积 S=dh 不变 , 求电阻 R 可获得的最大功率 P max 及相应的宽高比 的值。 - 27 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 28 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 29 - 1 2 3 4 A. 若电子从 P 点出发恰好经原点 O 第一次射出磁场分界线 , 则电子运动的路程一定为 B. 若电子从 P 点出发经原点 O 到达 Q 点 , 则电子运动的路程一定为 π l C. 若电子从 P 点出发经原点 O 到达 Q 点 , 则电子运动的路程可能为 2π l D. 若电子从 P 点出发经原点 O 到达 Q 点 , 则 n π l ( n 为任意正整数 ) 都有可能是电子运动的路程 AC - 30 - 1 2 3 4 2 . ( 不定项 )(2017· 安徽淮北模拟 ) 绝缘光滑斜面与水平面成 α 角 , 一质量为 m 、电荷量为 -q 的小球从斜面上高 h 处 , 以初速度为 v 0 、方向与斜面底边 MN 平行射入 , 如图所示 , 整个装置处在磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中 , 磁场方向平行于斜面向上。已知斜面足够大 , 小球能够沿斜面到达底边 MN 。则下列判断正确的是 ( 　　 ) ABC - 31 - 1 2 3 4 3 . ( 不定项 ) 如图所示 , 一正方体盒子处于竖直向上的匀强磁场中 , 盒子边长为 l , 前后面为金属板 , 其余四面均为绝缘材料 , 在盒子左面正中间和底面上各有一小孔 ( 孔大小相对底面大小可忽略 ), 底面小孔位置可在底面中线 MN 上移动 , 现有一些带 -Q 电荷量的液滴从左侧小孔以某速度进入盒内 , 由于磁场力作用 , 这些液滴会偏向金属板 , 从而在前后两面间产生电压 ( 液滴落在底部绝缘面或右侧绝缘面时仍将向前后金属板运动 , 带电液滴到达金属板后将电荷传给金属板后被引流出盒子 ), 当电压达到稳定后 , 移动底部小孔位置 , 若液滴速度在某一范围内时 , 可使得液滴恰好能从底面小孔出去 , 现可根据底面小孔到 M 点的距离 d 计算出稳定电压的大小 , 若已知磁场磁感应强度为 B , 则以下说法正确的是 ( 　　 ) - 32 - 1 2 3 4 答案 BD - 33 - 1 2 3 4 4 . (2016· 天津理综 ) 如图所示 , 空间中存在着水平向右的匀强电场 , 电场强度大小 E= N/C, 同时存在着水平方向的匀强磁场 , 其方向与电场方向垂直 , 磁感应强度大小 B= 0 . 5 T 。有一带正电的小球 , 质量 m= 1 × 10 - 6 kg, 电荷量 q= 2 × 10 - 6 C, 正以速度 v 在图示的竖直面内做匀速直线运动 , 当它经过 P 点时撤掉磁场 ( 不考虑磁场消失引起的电磁感应现象 ), g 取 10 m/s 2 。求 : (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 。 - 34 - 1 2 3 4 - 35 - 1 2 3 4 - 36 - 1 2 3 4