2020届高考物理人教版(天津专用)一轮复习课件:能力课10 带电粒子在复合场中的运动及实际应用 .pptx
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1、能力课10 带电粒子在复合场中的运动及实际应用,-2-,知识点一,知识点二,带电粒子在复合场中的运动 1.复合场与组合场 (1)复合场:电场、 、重力场共存,或其中某两场共存。 (2)组合场:电场与磁场各位于一定的区域内,并不重叠,或在同一区域,电场、磁场分时间段或分区域交替出现。,磁场,-3-,知识点一,知识点二,2.带电粒子在复合场中的运动分类 (1)静止或匀速直线运动 当带电粒子在复合场中所受合外力为零时,将处于静止状态或做 运动。 (2)匀速圆周运动 当带电粒子所受的重力与电场力大小 ,方向 时,带电粒子在洛伦兹力的作用下,在垂直于匀强磁场的平面内做 运动。 (3)较复杂的曲线运动 当
2、带电粒子所受合外力的大小和方向均变化,且与初速度方向不在同一条直线上时,粒子做 变速曲线运动,这时粒子运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线。 (4)分阶段运动 带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域,其运动情况随区域发生变化,其运动过程由几种不同的运动阶段组成。,匀速直线,相等,相反,匀速圆周,非匀,-4-,知识点一,知识点二,带电粒子在复合场中运动的应用实例 1.质谱仪 (1)构造:如图甲所示,由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。,-5-,知识点一,知识点二,-6-,知识点一,知识点二,2.回旋加速器 乙 (1)构造:如图乙所示,D1、D2是半圆形金属盒,D形盒的缝隙处接交流电源
3、,D形盒处于匀强磁场中。 (2)原理:交变电流的周期和粒子做圆周运动的周期相等,粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙,两盒间的电势差一次一次地反向,粒子就会被一次一次地加速。由 ,得Ekm= ,可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径r决定,与加速电压无关。,-7-,考点一,考点二,考点三,考点四,带电粒子在组合场中运动(师生共研) 这类问题的特点是电场、磁场或重力场依次出现,包含空间上先后出现和时间上先后出现,磁场或电场与无场区交替出现相组合的场等。 其运动形式包含匀速直线运动、匀变速直线运动、类平抛运动、圆周运动等,涉及牛顿运动定律、功能关系等知识的应用。,-8-,考点一
4、,考点二,考点三,考点四,1.“电偏转”和“磁偏转”的比较,-9-,考点一,考点二,考点三,考点四,-10-,考点一,考点二,考点三,考点四,2.常见运动情况分类 (1)先电场后磁场 先在电场中做加速直线运动,然后进入磁场做圆周运动(如图甲、乙所示)。 在电场中利用动能定理或运动学公式求粒子刚进入磁场时的速度。,-11-,考点一,考点二,考点三,考点四,先在电场中做类平抛运动,然后进入磁场做圆周运动(如图丙、丁所示)。 在电场中利用平抛运动知识求粒子进入磁场时的速度。,-12-,考点一,考点二,考点三,考点四,(2)先磁场后电场 对于粒子从磁场进入电场的运动,常见的有两种情况:进入电场时粒子速
5、度方向与电场方向相同或相反;进入电场时粒子速度方向与电场方向垂直。(如图戊、己所示),-13-,考点一,考点二,考点三,考点四,考向1 先电场后磁场型 例1(2017天津卷)平面直角坐标系xOy中,第象限存在垂直于平面向里的匀强磁场,第象限存在沿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v0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,求: (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。,-14-,考点一,考点二,考
6、点三,考点四,思维点拨 (1)在电场中,粒子做类平抛运动,根据x轴方向的匀速直线运动和y轴方向的匀加速直线运动列方程求解; (2)粒子在电场中受到电场力时由牛顿第二定律求解加速度,再据速度位移关系求解电场强度;根据粒子所受的洛伦兹力提供向心力得到半径计算公式,再根据几何关系得到半径大小,由此求解磁感应强度大小,然后求解比值。,-15-,考点一,考点二,考点三,考点四,-16-,考点一,考点二,考点三,考点四,(2)设电场强度为E,粒子电荷量为q,质量为m,粒子在电场中受到的电场力为F,由牛顿第二定律可得 F=ma 又F=qE 设磁场的磁感应强度大小为B,粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R,所
7、受的洛伦兹力提供向心力,有,-17-,考点一,考点二,考点三,考点四,方法技巧“5步”突破带电粒子在组合场中的运动问题,-18-,考点一,考点二,考点三,考点四,考向2 先磁场后电场型 例2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v1; (2)匀强电场的电场强度大小E; (3)粒子从开始到第三次经
8、过x轴的时间t总。,-19-,考点一,考点二,考点三,考点四,-20-,考点一,考点二,考点三,考点四,-21-,考点一,考点二,考点三,考点四,-22-,考点一,考点二,考点三,考点四,思维训练 如图所示,在x轴上方存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外;在x轴下方存在匀强电场,电场方向与xOy平面平行,且与x轴成45夹角。一质量为m、电荷量为q(q0)的粒子以初速度v0从y轴上的P点沿y轴正方向射出,一段时间后进入电场,进入电场时的速度方向与电场方向相反;又经过一段时间T0,磁场的方向变为垂直于纸面向里,大小不变。不计重力。 (1)求粒子从P点出发至第一次到达x轴时所需时间。
9、 (2)若要使粒子能够回到P点,求电场强度的最大值。,-23-,考点一,考点二,考点三,考点四,-24-,考点一,考点二,考点三,考点四,-25-,考点一,考点二,考点三,考点四,带电粒子在叠加场中的运动(师生共研) 1.磁场力、重力并存 (1)若重力和洛伦兹力平衡,则带电体做匀速直线运动。 (2)若重力和洛伦兹力不平衡,则带电体将做复杂的曲线运动,因洛伦兹力不做功,故机械能守恒。 2.电场力、磁场力并存(不计重力) (1)若电场力和洛伦兹力平衡,则带电体做匀速直线运动。 (2)若电场力和洛伦兹力不平衡,则带电体做复杂的曲线运动,可用动能定理求解。 3.电场力、磁场力、重力并存 (1)若三力平
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