2020版高考物理大二轮专题突破通用版课件:专题三 第三讲 带电粒子在复合场中的运动 .pptx
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1、第三讲 带电粒子在复合场 中的运动,-2-,网络构建,-3-,策略指导 高考对本部分内容的考查,主要集中在带电粒子在叠加场中运动的实例分析、带电粒子在叠加场中的运动。其中对带电粒子在叠加场中运动的实例分析的考查,主要以选择题的形式呈现,难度中等,而对带电粒子在叠加场中的运动的考查,难度较大。,-4-,高考真题 1.(2017全国卷)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ma、mb、mc。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
2、列选项正确的是( ) A.mambmc B.mbmamc C.mcmamb D.mcmbma,考点定位:带电粒子在叠加场中的运动 解题思路与方法:微粒a、b、c都受到重力、电场力和洛伦兹力作用,a做匀速圆周运动,说明重力和电场力的合力为零;b、c做匀速直线运动,说明其受到的三个力的合力为零。,-5-,答案: B,-6-,2.(2016全国卷)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
3、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,考点定位:带电粒子在组合场中的运动 解题思路与方法:带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供,根据动能定理求出带电粒子出电场进磁场的速度。本题关键是要理解两种粒子在磁场中运动的半径不变。,答案,解析,-7-,3.(2018全国卷)一足够长的条状区域内存在匀强电场和匀强磁场,其在xOy平面内的截面如图所示:中间是磁场区域,其边界与y轴垂直,宽度为l,磁感应强度的大小为B,方向垂直于xOy平面;磁场的上、下两侧为电场区域,宽度均为l,电场强度的大小均为E,方向均沿x轴正方向;M、N为条状
4、区域边界上的两点,它们的连线与y轴平行,一带正电的粒子以某一速度从M点沿y轴正方向射入电场,经过一段时间后恰好以从M点入射的速度从N点沿y轴正方向射出。不计重力。 (1)定性画出该粒子在电磁场中运动的轨迹; (2)求该粒子从M点入射时速度的大小; (3)若该粒子进入磁场时的速度方向恰好 与x轴正方向的夹角为 ,求该粒子的比荷及 其从M点运动到N点的时间。,-8-,考点定位:带电粒子在组合场中的运动 解题思路与方法:在组合场中的运动要分阶段处理,每一个运动建立合理的公式即可求出待求的物理量。,-9-,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
5、对称),(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v0,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(见图(b),速度沿电场方向的分量为v1,根据牛顿第二定律有,-10-,-11-,-12-,考点一,考点二,考点三,带电粒子在组合场中的运动(L),规律方法,-13-,考点一,考点二,考点三,思维点拨氕核和氘核在电场中做类平抛运动,在磁场中做圆周运动,对每一个运动利用合适的公式即可求出待求的物理量。,-14-,考点一,考点二,考点三,规律方法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
6、、强弱、范围等。 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。 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。,-15-,考点一,考点二,考点三,-16-,考点一,考点二,考点三,-17-,考点一,考点二,考点三,-18-,考点一,考点二,考点三,-19-,考点一,考点二,考点三,1.(2018全国卷)如图,从离子源产生的甲、乙两种离子,由静
7、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v1,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。,-20-,考点一,考点二,考点三,解析: (1)设甲种离子所带电荷量为q1、质量为m1,在磁场中做匀速圆周运动的半径为R1,磁场的磁感应强度大小为B,由动能定,-21-,考点一,考点二,考点三,(2)设乙种离子所带电荷量为q2、质量为m2,射入磁场的速度为v2,在磁场中做匀速圆周运
8、动的半径为R2。同理有,-22-,考点一,考点二,考点三,2.(2019湖南株洲模拟)如图所示,在xOy平面内,在00的区域内充满垂直纸面向外的匀强磁场,两磁场的磁感应强度大小都为B。有一质量为m,电荷量为+q的带电粒子,从坐标原点O以某一初速度沿与x轴正方向成=30射入磁场,粒子刚好经过P点进入磁场,后经过x轴上的M点(图中未标出)射出磁场。已知P点坐标,(1)粒子的初速度大小。 (2)M点在x轴上的位置。,-23-,考点一,考点二,考点三,解析: (1) 连接OP,过P作y轴垂线交y轴于点A,过O作初速度垂线OO1交PA于点O1,根据P点的坐标值及初速度方向可得APO=O1OP=30 故O
9、1为粒子在磁场中做圆周运动的圆心,OO1即为圆周半径r。 由几何关系可得r+rcos 60=1.5l 解得r=l,(2)粒子在匀强磁场中的运动半径与其在匀强磁场中的运动半径相同。 由对称性可知OM=21.5l=3l。,-24-,考点一,考点二,考点三,3.如图所示,在平面直角坐标系xOy中的第一象限内存在磁感应强度大小为B、方向垂直于坐标平面向里的有界圆形匀强磁场区域(图中未画出);在第二象限内存在沿x轴负方向的匀强电场。一粒子源固定在x轴上坐标为(-L,0)的A点。粒子源沿y轴正方向释放出速度大小为v的电子,电子恰好能通过y轴上的C点,电子经过磁场偏转后恰好垂直通过第一象限内与x轴正方向成1
10、5角的射线ON(已知电子的质量为m,电荷量为e,不考虑粒子的重力和粒子之间的相互作用)。已知=45,求: (1)匀强电场的电场强度E的大小与C点的坐标; (2)电子在磁场中运动的时间t; (3)圆形磁场的最小面积Smin。,-25-,考点一,考点二,考点三,-26-,考点一,考点二,考点三,-27-,考点一,考点二,考点三,-28-,考点一,考点二,考点三,带电粒子在叠加场中的运动(H),规律方法 “两分析、一应用”巧解复合场问题 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、重力场并存,受重力和电场力; (3)电场、磁场并存(不计重力的微观粒子),受电
11、场力和洛伦兹力; (4)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。 带电物体受力平衡,做匀速直线运动;带电物体受力恒定,做匀变速运动;带电物体受力大小恒定且方向指向圆心,做匀速圆周运动;带电物体受力方向变化复杂,做曲线运动等。,-29-,考点一,考点二,考点三,3.选用规律,两种观点解题。 (1)带电物体做匀速直线运动,则用平衡条件求解(即二力或三力平衡); (2)带电物体做匀速圆周运动,应用向心力公式或匀速圆周运动的规律求解; (3)带电物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)带电物体做复杂的曲线运动,应用能量守恒定律或
12、动能定理求解。,-30-,考点一,考点二,考点三,【典例2】(2017全国卷)如图,两水平面(虚线)之间的距离为H,其间的区域存在方向水平向右的匀强电场。自该区域上方的A点将质量均为m、电荷量分别为q和-q(q0)的带电小球M、N先后以相同的初速度沿平行于电场的方向射出。小球在重力作用下进入电场区域,并从该区域的下边界离开。已知N离开电场时速度方向竖直向下;M在电场中做直线运动,刚离开电场时的动能为N刚离开电场时动能的1.5倍。不计空气阻力,重力加速度大小为g。求: (1)M与N在电场中沿水平方向的位移之比; (2)A点距电场上边界的高度; (3)该电场的电场强度大小。,-31-,考点一,考点
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