高考物理二轮复习 专题三 电场和磁场 第2讲 带电粒子在复合场中的运动课件.ppt

第2讲带电粒子在复合场中的运动 图1A 霍尔元件前表面的电势低于后表面B 若电源的正负极对调 电压表将反偏C IH与I成正比D 电压表的示数与RL消耗的电功率成正比 答案CD 图2 1 求原本打在MN中点P的离子质量m 2 为使原本打在P的离子能打在QN区域 求加速电压U的调节范围 3 为了在QN区域将原本打在MQ区域的所有离子检测完整 求需要调节U的最少次数 取lg2 0 301 lg3 0 477 lg5 0 699 图3 1 出射粒子的动能Em 2 粒子从飘入狭缝至动能达到Em所需的总时间t0 3 要使飘入狭缝的粒子中有超过99 能射出 d应满足的条件 考情分析 带电粒子在复合场中的运动是高考的重点和热点 如在复合场中的直线运动以及依次通过电场和磁场的运动 题目与共点力平衡 牛顿运动定律 能量守恒 动能定理 圆周运动等联系在一起 且多与实际问题相结合 主要考查学生分析问题的能力 综合能力和利用数学方法解决问题的能力 题目综合性强 难度大 带电粒子在组合场中的运动 规律方法 带电粒子在组合场中运动的处理方法 1 如图4所示 在直角坐标系xOy平面内有一矩形区域MNPQ 矩形区域内有水平向右的匀强电场 场强为E 在y 0的区域内有垂直于坐标平面向里的匀强磁场 半径为R的光滑绝缘空心半圆管ADO固定在坐标平面内 半圆管的一半处于电场中 圆心O1为MN的中点 直径AO垂直于水平虚线MN 一质量为m 电荷量为q的带电粒子 重力不计 从半圆管的O点由静止释放 进入管内后从A点穿出恰能在磁场中做半径为R的匀速圆周运动 当粒子再次进入矩形区域MNPQ时立即撤去磁场 此后粒子恰好从QP的中点C离开电场 求 精典题组 图4 1 匀强磁场的磁感应强度B的大小 2 矩形区域的长度MN和宽度MQ应满足的条件 3 粒子从A点运动到C点的时间 2 如图5所示的平行板器件中 存在相互垂直的匀强磁场和匀强电场 磁场的磁感应强度B1 0 20T 方向垂直纸面向里 电场强度E1 1 0 105V m PQ为板间中线 紧靠平行板右侧边缘xOy坐标系的第一象限内 有一边界线AO 与y轴的夹角 AOy 45 边界线的上方有垂直纸面向外的匀强磁场 磁感应强度B2 0 25T 边界线的下方有竖直向上的匀强电场 电场强度E2 5 0 105V m 一束带电荷量q 8 0 10 19C 质量m 8 0 10 26kg的正离子从P点射入平行板间 沿中线PQ做直线运动 穿出平行板后从y轴上坐标为 0 0 4m 的Q点垂直y轴射入磁场区 多次穿越边界线OA 求 图5 1 离子运动的速度 2 离子从进入磁场到第二次穿越边界线OA所需的时间 答案 1 5 0 105m s 2 8 28 10 7s 带电粒子在叠加复合场中的运动 规律方法 关注几场叠加 构建运动模型 优选规律解题 精典题组 图6 1 粒子a第一次在第 象限复合场中运动的时间之比 2 粒子b在第 象限内复合场中运动的轨迹半径 解析 1 粒子a进入复合场区中 电场力和重力平衡 qE mg 粒子a在第 象限做匀速圆周运动 画出粒子a的运动轨迹 如图所示 答案 1 1 4 2 4l 图7 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 解析 1 小球匀速直线运动时受力如图 其所受的三个力在同一平面内 合力为零 有 2 解法一撤去磁场 小球在重力与电场力的合力作用下做类平抛运动 如图所示 设其加速度为a 有 答案 1 20m s与电场方向成60 角斜向上 2 3 5s 带电粒子在电磁场中的运动与现代科技的综合 规律方法 模型选择是解题前提 受力分析是解题方法中学阶段常见的带电粒子在正交的匀强电场和匀强磁场中运动的几种模型有 速度选择器 回旋加速器 质普仪 磁流体发电机 霍尔元件 电磁流量计等 和 的共同特征是粒子在其中只受电场力和洛伦兹力作用 并且最终电场力和洛伦兹力平衡 1 如图8所示 长方体玻璃水槽中盛有NaCl的水溶液 在水槽左 右侧壁内侧各装一导体片 使溶液中通入沿x轴正向的电流I 沿y轴正向加恒定的匀强磁场B 图中a b是垂直于z轴方向上水槽的前后两内侧面 则 精典题组 图8 A a处电势高于b处电势B a处离子浓度大于b处离子浓度C 溶液的上表面电势高于下表面的电势D 溶液的上表面处的离子浓度大于下表面处的离子浓度答案B 2 2016 全国卷 15 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9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 需将磁感应强度增加到原来的12倍 此离子和质子的质量比约为 图9A 11B 12C 121D 144 答案D 3 多选 如图10所示为磁流体发电机的原理图 金属板M N之间的距离为d 20cm 磁场的磁感应强度大小为B 5T 方向垂直纸面向里 现将一束等离子体 即高温下电离的气体 含有大量带正电和带负电的微粒 整体呈中性 从左侧喷射入磁场 发现在M N两板间接入的额定功率为P 100W的灯泡正常发光 且此时灯泡电阻为R 100 不计离子重力和发电机内阻 且认为离子均为一价离子 则下列说法中正确的是 图10A 金属板M上聚集负电荷 金属板N上聚集正电荷B 该发电机的电动势为100VC 离子从左侧喷射入磁场的初速度大小为103m sD 每秒钟有6 25 1018个离子打在金属板N上 答案BD 高频考点七对称思维法在复合场中的应用 1 对称思维法常见的应用 1 运动的对称性 如竖直上抛运动中物体向上 向下运动的两过程中同位置处速度大小相等 加速度相等 2 结构的对称性 如均匀带电的圆环 在其圆心处产生的场强为零 3 几何关系的对称性 如粒子从某一直线边界射入磁场 再从同一边界射出磁场时 速度与边界的夹角相等 4 场的对称性 等量同种 异种电荷形成的场具有对称性 电流周围的磁场 条形磁铁和通电螺线管周围的磁场等都具有对称性 2 用对称性解题的关键分析问题时抓住事物在某一方面的对称性 例如对称的运动 对称的结构 对称的作用力 对称的几何关系 对称的电路等 利用对称法分析解决物理问题 可以避免复杂的数学演算和推导 直接抓住问题的实质 快速简便地求解问题 典例 如图11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 0 h 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 图11 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过x轴的时间t总 解析 1 根据题意可知 大致画出粒子在复合场中的运动轨迹 如图所示 变式1改变释放点的位置将 典例 中的带电粒子在a 2h 2h 点由静止释放 粒子第二次经过x轴时恰好过坐标原点O 求 图12 1 匀强电场的电场强度大小E 2 粒子从开始运动到第五次经过x轴时的时间t 解析 1 粒子运动轨迹如图所示 变式2改变电场方向将 典例 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13所示 粒子仍从a 0 h 点释放 一段时间后若粒子沿平行电场线方向进入电场 且粒子沿电场线移动的最大距离为h 求 图13 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 解析 1 带电粒子运动轨迹如图所示 反思总结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 如本题 二是要注意周期性和对称性对运动时间的影响