2019年高考物理总复习 第九章 磁场 专题讲座七 带电粒子在复合场中的运动课件 教科版.ppt

专题讲座七带电粒子在复合场中的运动 核心探究 演练提升 核心探究分类探究 各个击破 考点一带电粒子在复合场中的运动实例分析 典例1 2017 江苏卷 15 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U0的加速电场 其初速度几乎为0 经过加速后 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2m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 答案 1 见解析 答案 2 见解析 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 U0 U 到 U0 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 答案 3 见解析 多维训练 1 电磁流量计的工作原理 2018 河北安国段考 多选 如图所示 一块长度为a 宽度为b 厚度为d的金属导体 当加有与侧面垂直的匀强磁场B 且通以图示方向的电流I时 用电压表测得导体上 下表面M N间电压为U 已知自由电子的电荷量为e 下列说法中正确的是 A M板比N板电势高B 导体单位体积内自由电子数越多 电压表的示数越大C 导体中自由电子定向移动的速度为v D 导体单位体积内的自由电子数为 CD 2 导学号58826196 回旋加速器的工作原理 2018 四川成都模拟 多选 粒子回旋加速器的工作原理如图所示 置于真空中的D型金属盒的半径为R 两金属盒间的狭缝很小 磁感应强度为B的匀强磁场与金属盒盒面垂直 交变电流的频率为f 加速器的电压为U 若中心粒子源处产生的质子质量为m 电荷量为 e 在加速器中被加速 不考虑相对论效应 则下列说法正确是 A 质子被加速后的最大速度不能超过2 RfB 加速的质子获得的最大动能随加速电场U增大而增大C 质子第二次和第一次经过D型盒间狭缝后轨道半径之比为 1D 不改变磁感应强度B和交变电流的频率f 该加速器也可加速其他粒子 AC 考点二带电粒子在组合场中的运动 1 常见类型 1 先电场后磁场 带电粒子先匀加速 后偏转 如图 带电粒子先后都偏转 如图 2 先磁场后电场 带电粒子先偏转 后匀加速或匀减速 如图 甲 带电粒子先后都偏转 如图 乙 3 先后两个不同的磁场 2 处理思路 典例2 2017 全国 卷 24 如图 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B0 x1 一质量为m 电荷量为q q 0 的带电粒子以速度v0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 核心点拨 1 粒子从B0进入 B0磁场速率不变 1 粒子运动的时间 核心点拨 2 粒子在两个磁场各偏转180 2 粒子与O点间的距离 方法技巧 5步 突破带电粒子在组合场中的运动问题 多维训练 1 导学号58826197 先磁场后电场 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 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 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 2 先电场后磁场 2017 天津卷 11 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 问 1 粒子到达O点时速度的大小和方向 答案 1 v0与x轴正方向成45 角斜向上 2 电场强度和磁感应强度的大小之比 考点三带电粒子在叠加场中的运动 1 带电体在叠加场中无约束情况下的运动情况分类 1 洛伦兹力 重力并存 若重力和洛伦兹力平衡 则带电体做匀速直线运动 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 静电力 洛伦兹力并存 不计重力的微观粒子 若静电力和洛伦兹力平衡 则带电体做匀速直线运动 若静电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 可用动能定理求解问题 3 静电力 洛伦兹力 重力并存 若三力平衡 一定做匀速直线运动 若重力与静电力平衡 一定做匀速圆周运动 若合力不为零且与速度方向不垂直 将做复杂的曲线运动 因洛伦兹力不做功 可用能量守恒定律或动能定理求解问题 2 带电体在叠加场中有约束情况下的运动带电体在叠加场中受轻杆 轻绳 圆环 轨道等约束的情况下 常见的运动形式有直线运动和圆周运动 运用动能定理 能量守恒定律结合牛顿运动定律求解 典例3 2017 江西师大附中三模 如图所示 水平地面上方MN边界左侧存在垂直纸面向里的匀强磁场和沿竖直方向的匀强电场 图中未画出 磁感应强度B 1 0T 边界右侧离地面高h 0 45m处有一水平光滑绝缘平台 右边有一带正电的a球 质量ma 0 1kg 电荷量q 0 1C 以初速度v0 0 9m s水平向左运动 与大小相同但质量为mb 0 05kg静止于平台左边缘的不带电的绝缘球b发生弹性正碰 碰后a球恰好做匀速圆周运动 两球均视为质点 g 10m s2 求 1 电场强度的大小和方向 审题图示 解析 1 a球碰后在叠加场中做匀速圆周运动 满足mg qE 可得E 10N C a球带正电 电场力方向向上 则电场强度方向向上 答案 1 10N C方向向上 2 碰后两球分别在电磁场中运动的时间 答案 2 2 1s0 3s 解析 3 对a球有xa rcos 0 15m 对b球有xb vbtb 0 36m 故两球相距 x xb xa 0 10m 答案 3 0 10m 3 碰后两球落地点相距多远 方法技巧带电粒子在叠加场中运动的处理方法 多维训练 1 电场 磁场 重力场叠加 如图 在竖直平面内建立直角坐标系xOy 其第一象限存在着正交的匀强电场和匀强磁场 电场强度的方向水平向右 磁感应强度的方向垂直纸面向里 一带电荷量为 q 质量为m的微粒从原点出发沿与x轴正方向的夹角为45 的初速度进入复合场中 正好做直线运动 当微粒运动到A l l 时 电场方向突然变为竖直向上 不计电场变化的时间 粒子继续运动一段时间后 正好垂直于y轴穿出复合场 不计一切阻力 求 1 电场强度E的大小 2 磁感应强度B的大小 3 粒子在复合场中的运动时间 2 t 2t0时刻粒子P的位置 3 带电粒子在运动中距离原点O的最远距离L 演练提升真题体验 强化提升 1 质谱仪的工作原理 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 此离子跟质子的质量比约为 A 11B 12C 121D 144 D 2 霍尔元件的工作原理 2014 江苏卷 9 多选 如图所示 导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间 线圈中电流为I 线圈间产生匀强磁场 磁感应强度大小B与I成正比 方向垂直于霍尔元件的两侧面 此时通过霍尔元件的电流为IH 与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足 UH k 式中k为霍尔系数 d为霍尔元件两侧面间的距离 电阻R远大于RL 霍尔元件的电阻可以忽略 则 A 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 CD 3 带电微粒在复合场中直线运动 2017 全国 卷 16 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 下列选项正确的是 A ma mb mcB mb ma mcC mc ma mbD mc mb ma B 解析 微粒a做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供 且mag qE 微粒b的受力关系为mbg qE qvbB 微粒c的受力关系为mcg qE qvcB 所以mb ma mc 选项B正确 4 带电粒子在复合场中的运动 2018 广东仲元期末 如图所示的平行板之间 存在着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大小未知 边界线的下方有水平向右的匀强电场 电场强度E2 5 0 104V m 在x轴上固定一水平的荧光屏 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 0m 1 m 的Q点垂直y轴射入磁场区 不计离子的重力 假设离子射出磁场后不再返回磁场 求 1 离子在平行板间运动的速度大小 解析 1 设离子的速度大小为v 由于沿中线PQ做直线运动 则有qE1 qvB1 代入数据解得v 5 0 105m s 答案 1 5 0 105m s 2 要使离子都不能打到x轴上 磁感应强度大小B应满足什么条件 答案 2 B2 0 05T 3 若B2 T 最后离子打到水平的荧光屏上的位置C 求离子打到荧光屏上的位置C时的动能 答案 3 6 83 10 14J