高考物理全國通用一輪總復(fù)習(xí)配套課件第九章磁場9.3

1、第3講帶電粒子在復(fù)合場中的運動,一、帶電粒子在復(fù)合場中運動情況分類 1.靜止或勻速直線運動:當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中所受合外力為零時,將處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。 2.勻速圓周運動:當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場力大小相等,方向相反時,帶電粒子在洛倫茲力的作用下,在垂直于勻強磁場的平面內(nèi)作勻速圓周運動。 3.較復(fù)雜的曲線運動:當(dāng)帶電粒子所受合外力的大小和方向均變化,且與初速度方向不在同一條直線上時,粒子做非勻變速曲線運動,這時粒子的運動軌跡既不是圓弧,也不是拋物線。 4.分階段運動:帶電粒子可能依次通過幾個情況不同的復(fù)合場區(qū)域,其運動情況隨區(qū)域發(fā)生變化,其運動過程由幾種不同的運動階段組成。,【提

2、示】處理帶電粒子在復(fù)合場中的運動時,要做到“三個分析”: (1)正確分析受力情況,重點明確重力是否不計和洛倫茲力的方向。 (2)正確分析運動情況,常見的運動形式有:勻速直線運動、勻速圓周運動、類平拋運動和一般變速曲線運動。 (3)正確分析各力的做功情況,主要分析電場力和重力的功,洛倫茲力一定不做功。,二、帶電粒子在復(fù)合場中運動的應(yīng)用實例,考點二,考點一,帶電粒子在組合場中的運動,考點二,考點一,典例1(2016浙江紹興第一中學(xué)月考)如圖所示,在y軸左側(cè)的區(qū)域內(nèi)存在方向與x軸同向的勻強電場,電場強度為E。在y軸右側(cè)以原點O為圓心、半徑為R的半圓形區(qū)域內(nèi)存在勻強磁場,磁場的方向垂直于xOy平面并指

3、向紙面里,磁感應(yīng)強度為B。x軸上的A點與O點的距離為d。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子從A點由靜止釋放,經(jīng)電場加速后從O點射入磁場。不計粒子的重力作用。 (1)求粒子在磁場中運動的軌道半徑r; (2)要使粒子進入磁場之后恰好不再經(jīng)過y軸,求此時的電場強度E0; (3)若電場強度E等于第(2)問中E0的 ,求粒子經(jīng)過磁場后第二次經(jīng)過y軸時的位置。,考點二,考點一,考點二,考點一,考點二,考點一,考點二,考點一,【規(guī)律方法】帶電粒子在組合場中的運動問題的處理方法: (1)帶電粒子依次通過不同場區(qū)時,因其受力情況隨區(qū)域變化而變化,故其運動規(guī)律在不同區(qū)域也有所不同。 (2)根據(jù)區(qū)域和運動規(guī)律的不同

4、,將粒子運動的過程劃分為幾個不同的階段,對不同的階段選取不同的規(guī)律處理。 (3)聯(lián)系不同階段運動的物理量是速度,因此確定帶電粒子在場區(qū)邊界的速度(包括大小和方向)是解決該類問題的關(guān)鍵。 (4)根據(jù)受力分析和運動分析,大致畫出粒子的運動軌跡。,考點二,考點一,1.(多選)在半導(dǎo)體離子注入工藝中,初速度可忽略的磷離子P+和P3+,經(jīng)電壓為U的電場加速后,垂直進入磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直紙面向里、有一定寬度的勻強磁場區(qū)域,如圖所示。已知離子P+在磁場中轉(zhuǎn)過=30后從磁場右邊界射出。在電場和磁場中運動時,離子P+和P3+( BCD ) A.在電場中的加速度之比為11 C.在磁場中轉(zhuǎn)過的角度之比為1

5、2 D.離開電場區(qū)域時的動能之比為13,考點二,考點一,考點二,考點一,2.如圖所示,有位于豎直平面上的半徑為R的圓形光滑絕緣軌道,其上半部分處于豎直向下,場強為E的勻強電場中,下半部分處于垂直水平面向里的勻強磁場中;質(zhì)量為m,電荷量為q的帶正電小球,從軌道的水平直徑的M端由靜止釋放,若小球在某一次通過最低點時對軌道的壓力為零,求: (1)磁感應(yīng)強度B的大小; (2)小球?qū)壍雷畹忘c的最大壓力; (3)若要小球在圓形軌道內(nèi)做完整的圓周運動,求小球從軌道的水平直徑的M端下滑的最小速度。,考點二,考點一,考點二,考點一,3.在直角坐標(biāo)系的第象限與第象限分布有如圖所示的勻強磁場和勻強電場,電場強度為

6、E、磁感應(yīng)強度為B;現(xiàn)在第象限中從P點以初速度v0沿x軸方向發(fā)射質(zhì)量為m、電荷量為+q的離子,離子經(jīng)電場后恰從坐標(biāo)原點O射入磁場。 (1)已知P點的縱坐標(biāo)為-L,試求P點的橫坐標(biāo)-xP; (2)若離子經(jīng)O點射入磁場時的速度為2v0,試求離子在磁場中運動的時間t及磁場出射點距O點的距離d。,考點二,考點一,考點二,考點一,考點二,考點一,帶電粒子在疊加場中的運動 1.疊加場 電場、磁場、重力場在某一區(qū)域共存或其中兩場共存。 2.帶電粒子(帶電體)在疊加場中的運動問題求解要點 (1)受力分析是基礎(chǔ)。在受力分析時必須注意題目條件是否考慮重力。 (2)運動過程分析是關(guān)鍵。在運動過程分析中應(yīng)注意物體做直

7、線運動、曲線運動及圓周運動、類平拋運動的條件。 (3)構(gòu)建物理模型是難點。根據(jù)不同的運動過程及物理模型選擇合適的物理規(guī)律列方程求解。,考點二,考點一,典例2(2015福建高考)如圖,絕緣粗糙的豎直平面MN左側(cè)同時存在相互垂直的勻強電場和勻強磁場,電場方向水平向右,電場強度大小為E,磁場方向垂直紙面向外,磁感應(yīng)強度大小為B。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小滑塊從A點由靜止開始沿MN下滑,到達C點時離開MN做曲線運動。A、C兩點間距離為h,重力加速度為g。 (1)求小滑塊運動到C點時的速度大小vC; (2)求小滑塊從A點運動到C點過程中克服摩擦力做的功Wf; (3)若D點為小滑塊在電場力、洛倫茲

8、力及重力作用下運動過程中速度最大的位置,當(dāng)小滑塊運動到D點時撤去磁場,此后小滑塊繼續(xù)運動到水平地面上的P點。已知小滑塊在D點時的速度大小為vD,從D點運動到P點的時間為t,求小滑塊運動到P點時速度的大小vP。,考點二,考點一,考點二,考點一,考點二,考點一,【規(guī)律方法】帶電粒子(帶電體)在疊加場中運動的分析方法: (1)弄清疊加場的組成。 (2)進行受力分析。 (3)確定帶電粒子的運動狀態(tài),注意運動情況和受力情況的結(jié)合。 (4)畫出粒子運動軌跡,靈活選擇不同的運動規(guī)律。,考點二,考點一,1.(多選)如圖所示,一帶負電的質(zhì)點在固定的正點電荷作用下繞該正電荷做勻速圓周運動,周期為T0,軌道平面位于

9、紙面內(nèi),質(zhì)點在某一點的速度方向如圖中箭頭所示,現(xiàn)加一垂直于軌道平面的勻強磁場,已知軌道半徑并不因此而改變,則 ( AD ) A.若磁場方向指向紙里,質(zhì)點運動的周期將大于T0 B.若磁場方向指向紙里,質(zhì)點運動的周期將小于T0 C.若磁場方向指向紙外,質(zhì)點運動的周期將大于T0 D.若磁場方向指向紙外,質(zhì)點運動的周期將小于T0 【解析】磁場方向垂直軌道平面,其方向有兩種可能。當(dāng)磁場方向指向紙里時,質(zhì)點所受的洛倫茲力背離圓心,與庫侖力方向相反,則向心力減小,由 R可知,當(dāng)軌道半徑R不變時,該質(zhì)點運動周期必增大;當(dāng)磁場方向指向紙外時,質(zhì)點所受的洛倫茲力指向圓心,則向心力增大,同理可得該質(zhì)點運動周期減小,

10、故A、D項正確。,考點二,考點一,2.如圖所示,兩塊水平放置、相距為d的長金屬板接在電壓可調(diào)的電源上。兩板之間的右側(cè)區(qū)域存在方向垂直紙面向里的勻強磁場。將噴墨打印機的噴口靠近上板下表面,從噴口連續(xù)不斷噴出質(zhì)量均為m、水平速度均為v0、帶相等電荷量的墨滴。調(diào)節(jié)電源電壓至U,墨滴在電場區(qū)域恰能沿水平方向向右做勻速直線運動;進入電場、磁場共存區(qū)域后,最終垂直打在下板的M點。 (1)判斷墨滴所帶電荷的種類,并求其電荷量; (2)求磁感應(yīng)強度B的值; (3)現(xiàn)保持噴口方向不變,使其豎直下移到兩板中間的位置。為了使墨滴仍能到達下板M點,應(yīng)將磁感應(yīng)強度調(diào)至B,則B的大小為多少?,考點二,考點一,考點二,考點

11、一,帶電粒子在交變復(fù)合場中的運動 典例(2015合肥模擬)如圖甲所示,帶正電粒子以水平速度v0從平行金屬板MN間中線OO連續(xù)射入電場中。MN板間接有如圖乙所示的隨時間t變化的電壓UMN,兩板間電場可看作是均勻的,且兩板外無電場。緊鄰金屬板右側(cè)有垂直紙面向里的勻強磁場B,分界線為CD,EF為屏幕。金屬板間距為d,長度為l,磁場的寬度為d。已知:B=510-3 T,l=d=0.2 m,每個帶正電粒子的速度v0=105 m/s,比荷為 ,重力忽略不計,在每個粒子通過電場區(qū)域的極短時間內(nèi),電場可視作是恒定不變的。試求:,(1)帶電粒子進入磁場做圓周運動的最小半徑; (2)帶電粒子射出電場時的最大速度;

12、 (3)帶電粒子打在屏幕上的范圍。,(3)由第(1)問計算可知,t=0時刻射入電場的粒子在磁場中做圓周運動的半徑rmin=d=0.2 m 徑跡恰與屏幕相切,設(shè)切點為E,E為帶電粒子打在屏幕上的最高點,則OE=rmin=0.2 m 帶電粒子射出電場的速度最大時,在磁場中做圓周運動的半徑最大,打在屏幕上的位置最低。 設(shè)帶電粒子以最大速度射出電場進入磁場中做圓周運動的半徑為rmax,打在屏幕上的位置為F,運動徑跡如圖中曲線所示。,【參考答案】(1)0.2 m(2)1.414105 m/s (3)O上方0.2 m到O下方0.18 m的范圍內(nèi) 【名師點睛】空間存在的電場或磁場隨時間周期性變化時,一般呈現(xiàn)

13、“鋸齒波”或“矩形波”的特點。交替變化的電場或磁場會使帶電粒子順次經(jīng)歷不同特點的電場或磁場,從而表現(xiàn)出“多過程”現(xiàn)象,其特點相對隱蔽。分析時應(yīng)注意以下兩點: (1)仔細確定各場的變化特點及相應(yīng)的時間,其變化周期一般與粒子在磁場中的運動周期關(guān)聯(lián)。 (2)必要時,把粒子的運動過程還原成一個直觀草圖進行分析。,(1)小物塊拋出時的速度大小; (2)小物塊從拋出到運動至N點所用時間。,1.(2015皖南八校聯(lián)考)醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時,利用電磁血流計來監(jiān)測通過動脈的血流速度。電磁血流計由一對電極a和b以及一對磁極N和S構(gòu)成,磁極間的磁場是均勻的。使用時,兩電極a、b均與血管壁接觸,兩觸點的連線、磁場方向

14、和血流速度方向兩兩垂直,如圖所示。由于血流中的正負離子隨血流一起在磁場中運動,電極a、b之間會有微小電勢差。在達到平衡時,血管內(nèi)部的電場可看做是勻強電場,血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零。在某次監(jiān)測中,兩觸點間的距離為3.0 mm,血管壁的厚度可忽略,兩觸點間的電勢差為160 V,磁感應(yīng)強度的大小為0.040 T。則血流速度的近似值和電極a、b的正負為 ( A ) A.1.3 m/s,a正、b負B.2.7 m/s,a正、b負 C.1.3 m/s,a負、b正D.2.7 m/s,a負、b正,2.(2015東北三校聯(lián)考)如圖所示,某種帶電粒子由靜止開始經(jīng)電壓為U1的電場加速后,射入水平放置

15、、電勢差為U2的兩導(dǎo)體板間的勻強電場中,帶電粒子沿平行于兩板的方向從兩板正中間射入,穿過兩板后又垂直于磁場方向射入邊界線豎直的勻強磁場中,則粒子射入磁場和射出磁場的M、N兩點間的距離d隨著U1和U2的變化情況為(不計重力,不考慮邊緣效應(yīng)) ( A ) A.d隨U1變化,d與U2無關(guān) B.d與U1無關(guān),d隨U2變化 C.d隨U1變化,d隨U2變化 D.d與U1無關(guān),d與U2無關(guān),3.(2015石家莊模擬)(多選)如圖所示,一種獲得高能粒子的裝置環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面、磁感應(yīng)強度大小可調(diào)的勻強磁場,帶電粒子可在環(huán)中做圓周運動。A、B為兩塊中心開有小孔的距離很近的極板,原來電勢均為零,每當(dāng)帶電粒子經(jīng)

16、過A板準備進入A、B之間時,A板電勢升高為+U,B板電勢仍保持為零,粒子在兩板間的電場中得到加速;每當(dāng)粒子離開B板時,A板電勢又降為零,粒子在電場的加速下動能不斷增大,而在環(huán)形磁場中繞行半徑不變。若粒子通過A、B板的時間不可忽略,能定性反映A板電勢U和環(huán)形區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的關(guān)系的是 ( BC ),4.(2015南昌模擬)(多選)如圖所示,有一金屬塊放在垂直于側(cè)面C的勻強磁場中,當(dāng)有恒定電流自左向右通過時,下列說法中正確的是 ( BD ) A.金屬塊上表面的電勢高于下表面的電勢 B.磁感應(yīng)強度增大時,金屬塊上、下兩表面間的電勢差U增大 C.磁感應(yīng)強度增大時,金屬塊上、下兩表面間的電勢差U減小 D.電流不變時,金屬塊中單位體積內(nèi)自由電子越多,上、下兩表面間的電勢差U越小,5.(2015長春調(diào)研)(多選)如圖所示,一個絕緣且內(nèi)壁光滑的環(huán)形細圓管固定于豎直平面內(nèi),環(huán)的半徑為R(比細圓管的內(nèi)徑大得多)。在圓管的最低點有一個直徑略小于細圓管內(nèi)徑的帶正電小球處于靜止?fàn)顟B(tài),小球的質(zhì)量為m,帶電荷量為q,重力加速度為g。空間存在一磁感應(yīng)強度大小