高考物理總復(fù)習(xí) 第8章 磁場（第3課時）帶電粒子在復(fù)合場中的運動課件.ppt

第3課時帶電粒子在復(fù)合場中的運動 基礎(chǔ)過關(guān) 一 帶電粒子在復(fù)合場中的運動1 復(fù)合場 電場 重力場共存 或其中某兩場共存 考點一帶電粒子在組合場和復(fù)合場中的運動 d 磁場 2 帶電粒子在復(fù)合場中運動的幾種情況 1 當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中所受的合外力為零時 粒子將 或做 運動 2 當(dāng)帶電粒子所受的合外力與運動方向在同一條直線上時 粒子將做 運動 3 當(dāng)帶電粒子所受的合外力充當(dāng)向心力且大小不變時 粒子將做 4 當(dāng)帶電粒子所受合外力大小與方向均變化時 粒子將做 曲線運動 這類問題一般用能量關(guān)系來處理 靜止 勻速直線 直線 勻速圓周運動 非勻變速 二 帶電粒子在組合場中的運動 1 組合場 是指電場 磁場 重力場有兩種場同時存在 但各位于一定的區(qū)域內(nèi)且不重疊 2 對 組合場 問題的處理方法 進行分段處理 注意在兩種區(qū)域交界處的邊界問題與運動的連接條件 過關(guān)演練 1 如圖所示的平面直角坐標(biāo)系xoy 在第 象限內(nèi)有平行于y軸的勻強電場 方向沿y軸正方向 在第 象限的正三角形abc區(qū)域內(nèi)有勻強磁場 方向垂直于xoy平面向里 正三角形邊長為l 且ab邊與y軸平行 一質(zhì)量為m 電荷量為q的粒子 從y軸上的p 0 h 點 以大小為v0的速度沿x軸正方向射入電場 通過電場后從x軸上的a 2h 0 點進入第 象限 又經(jīng)過磁場從y軸上的某點進入第 象限 且速度與y軸負(fù)方向成45 角 不計粒子所受的重力 求 1 電場強度e的大小 2 粒子到達(dá)a點時速度的大小和方向 3 abc區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強度b的最小值 要點突破 要點一帶電粒子在組合場中運動處理方法解決帶電粒子在組合場中運動的一般思路 1 明確組合場是由哪些場組合成的 2 判斷粒子經(jīng)過組合場時的受力和運動情況 并畫出相應(yīng)的運動軌跡簡圖 3 具體運動問題的思路方法如圖 例1 2015 浙江10月選考 如圖所示為水平放置的小型粒子加速器的原理示意圖 區(qū)域 和 存在方向垂直紙面向里的勻強磁場b1和b2 長l 1 0m的區(qū)域 存在場強大小e 5 0 104v m 方向水平向右的勻強電場 區(qū)域 中間上方有一離子源s 水平向左發(fā)射動能ek0 4 0 104ev的氘核 氘核最終從區(qū)域 下方的p點水平射出 s p兩點間的高度差h 0 10m 答案 1 2 24 10 14j 2 0 06m 3 1 2t 要點二帶電粒子在復(fù)合場中運動問題的分析方法1 弄清復(fù)合場的組成 如磁場 電場的復(fù)合 磁場 重力場的復(fù)合 磁場 電場 重力場三者的復(fù)合等 2 正確受力分析 除重力 彈力 摩擦力外要特別注意靜電力和磁場力的分析 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 對于粒子連續(xù)通過幾個不同區(qū)域 不同種類的場時 要分階段進行處理 5 畫出粒子運動軌跡 靈活選擇不同的運動規(guī)律 1 當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中做勻速直線運動時 根據(jù)受力平衡列方程求解 2 當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中做勻速圓周運動時 應(yīng)用牛頓定律結(jié)合圓周運動規(guī)律求解 3 當(dāng)帶電粒子做復(fù)雜曲線運動時 一般用動能定理或能量守恒定律求解 6 對于臨界問題 注意挖掘隱含條件 答案bc 精練題組 1 在如圖所示的勻強電場和勻強磁場共存的區(qū)域內(nèi) 不計重力 電子可能沿水平方向向右做直線運動的是 解析若電子水平向右運動 在a圖中電場力水平向左 洛倫茲力豎直向下 故不可能 在b圖中 電場力水平向左 洛倫茲力為零 故電子可能水平向右做勻減速直線運動 在c圖中電場力豎直向下 洛倫茲力豎直向下 電子不可能向右做直線運動 在d圖中電場力豎直向上 洛倫茲力豎直向上 故電子不可能做水平向右的直線運動 因此只有選項b正確 答案b 2 如圖所示 某空間存在正交的勻強磁場和勻強電場 電場方向水平向右 磁場方向垂直紙面向里 一帶電微粒由a點進入電磁場并剛好能沿ab直線向上運動 下列說法正確的是 a 微粒一定帶負(fù)電b 微粒動能一定減小c 微粒的電勢能一定增加d 微粒的機械能不變 解析微粒愛到豎直向下的重力 水平方向的電場力 垂直速度方向的洛倫茲力 其中重力和電場力是恒力 由于微粒沿直線運動 則可以判斷出其受到的洛倫茲力也是恒定的 即該微粒是做勻速直線運動 動能不變 所以b項錯誤 如果該微粒帶正電 則受到向右的電場力和向左下方的洛倫茲力 所以微粒受到的力不會平衡 故該微粒一定是帶負(fù)電 a項正確 該微粒帶負(fù)電 向左上方運動 所以電場力做正功 電勢能一定是減小的 c項錯誤 因為重力勢能增加 動能不變 所以該微粒的機械能增加 d項錯誤 答案a 3 設(shè)空間存在豎直向下的勻強電場和垂直紙面向里的勻強磁場 如圖所示 已知一離子在電場力和洛倫茲力的作用下 從靜止開始自a點沿曲線acb運動 到達(dá)b點時速度為零 c點是運動的最低點 忽略重力 以下說法正確的是 a 該離子帶負(fù)電荷b a點和b點位于不同高度c 離子在c點時速度最大d 離子到達(dá)b點時 將沿原曲線返回a點 解析因為離子由a運動到了b 由運動軌跡可判斷離子帶正電 選項a錯誤 到達(dá)b點時速度為零 說明電場力做功為零 所以a點和b點位于同一等勢面上 即同一高度 選項b錯誤 由于洛倫茲力不做功 在運動過程中 到c點時電場力做功最多 因此離子在c點時速度最大 選項c正確 在b點對離子受力分析可知 離子將向右重復(fù)曲線運動 選項d錯誤 答案c 1 求兩極板間電壓u 2 若兩極板不帶電 保持磁場不變 該粒子仍沿中心線o1o2從o1點射入 欲使粒子從兩板間左側(cè)飛出 射入的速度v應(yīng)滿足什么條件 1 判斷上極板所帶電荷的種類 并求兩極板間的電勢差 2 求勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小 6 如圖所示 在xoy平面直角坐標(biāo)系的第一象限有射線oa oa與x軸正方向夾角為30 oa與y軸所夾區(qū)域內(nèi)有沿y軸負(fù)方向的勻強電場 其他區(qū)域存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強磁場 有一質(zhì)量為m 電荷量為q的帶正電粒子 從y軸上的p點沿著x軸正方向以初速度v0射入電場 運動一段時間后經(jīng)過q點垂直于射線oa進入磁場 經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn) 過y軸正半軸上的m點再次垂直進入勻強電場 已知op h 不計粒子重力 求 基礎(chǔ)過關(guān) 1 速度選擇器 如圖所示 1 平行板中電場強度e和磁感應(yīng)強度b互相 這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來 所以叫做速度選擇器 2 帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是 即v 考點二帶電粒子在復(fù)合場中運動的實際應(yīng)用 d 垂直 電場力等 于洛倫茲力 2 回旋加速器回旋加速器是利用 對電荷的加速作用和 對運動電荷的偏轉(zhuǎn)作用來獲得高能粒子的裝置 由于帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的周期t 與速率無關(guān) 所以只要交變電場的變化周期等于 就可以使粒子每次通過電場時都能得到加速 粒子通過d形金屬盒時 由于金屬盒的靜電屏蔽作用 盒內(nèi)空間的電場極弱 所以粒子只受洛倫茲力作用而做勻速圓周運動 設(shè)d形盒的半徑為r 則粒子獲得的最大動能為 電場 磁場 粒子做圓周運動的周期 3 質(zhì)譜儀質(zhì)量為m 電荷量為q的粒子 從容器下方的小孔s1飄入電勢差為u的加速電場 其初速度幾乎為零 從s2射出電場時的速度v 然后經(jīng)過s3沿著與磁場垂直的方向進入磁感應(yīng)強度為b的勻強磁場中 最后打到照相底片d處 則s3與d的距離d 跟帶電粒子 成反比 比荷的平方根 過關(guān)演練 1 回旋加速器的工作原理示意圖如圖所示 置于真空中的d形金屬盒半徑為r 兩盒間的狹縫很小 帶電粒子穿過的時間可忽略 磁感應(yīng)強度為b的勻強磁場與盒面垂直 高頻交流電頻率為f 加速電壓為u 若a處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子質(zhì)量為m 電荷量為 q 在加速器中被加速 且加速過程中不考慮相對論效應(yīng)和重力的影響 則下列說法正確的是 a 質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過2 rfb 質(zhì)子離開回旋加速器時的最大動能與加速電壓u成正比c 質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過兩d形盒間狹縫后軌道半徑之比為2 1d 不改變磁感應(yīng)強度b和交流電頻率f 該回旋加速器的最大動能不變 答案a 2 如圖所示是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖 帶電粒子被加速電場加速后 進入速度選擇器 速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為b和e 平板s上有可讓粒子通過的狹縫p和記錄粒子位置的膠片a1a2 平板s下方有磁感應(yīng)強度為b0的勻強磁場 下列表述不正確的是 答案d 要點突破 要點粒子速度選擇器 質(zhì)譜儀 回旋加速器粒子速度選擇器 質(zhì)譜儀 回旋加速器等實際應(yīng)用問題要重視物理模型意識的培養(yǎng) 善于把握模型的本質(zhì) 理解原理 學(xué)會變通 例1 多選 質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具 它的構(gòu)造原理如圖所示 離子源s產(chǎn)生的各種不同正離子束 速度可看為零 經(jīng)加速電場加速后垂直進入有界勻強磁場 到達(dá)記錄它的照相底片p上 設(shè)離子在p上的位置到入口處s1的距離為x 可以判斷 a 若離子束是同位素 則x越大 離子質(zhì)量越大b 若離子束是同位素 則x越大 離子質(zhì)量越小c 只要x相同 則離子質(zhì)量一定相同d 只要x相同 則離子的比荷一定相同 答案ad 例2 多選 1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器 其原理如圖所示 這臺加速器由兩個銅質(zhì)d形盒d1 d2構(gòu)成 其間留有空隙 下列說法正確的是 a 粒子由加速器的中心附近進入加速器b 粒子由加速器的邊緣進入加速器c 粒子從磁場中獲得能量d 粒子從電場中獲得能量 解析粒子由加速器的中心附近進入加速器 從電場中獲取能量 最后從加速器邊緣離開加速器 選項a d正確 答案ad 精練題組 1 多選 如圖所示是醫(yī)用回旋加速器示意圖 其核心部分是兩個d形金屬盒 兩金屬盒置于勻強磁場中 并分別與高頻電源相連 現(xiàn)分別加速氘核 h 和氦核 he 下列說法中正確的是 a 它們的最大速度相同b 它們的最大動能相同c 它們在d形盒中運動的周期相同d 僅增大高頻電源的頻率可增大粒子的最大動能答案ac 2 多選 如圖所示為阿爾法磁譜儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 它曾由航天飛機攜帶升空 安裝在阿爾法國際空間站中 用來探測宇宙射線 現(xiàn)假設(shè)一束由兩種不同粒子組成的宇宙射線 恰好沿直線oo 通過正交的電場和磁場區(qū)域后進入勻強磁場b2 形成兩條徑跡 則下列說法中正確的是 a 粒子1進入磁場b2的速度小于粒子2的速度b 粒子1進入磁場b2的速度等于粒子2的速度c 粒子1的比荷大于粒子2的比荷d 粒子1的比荷小于粒子2的比荷 答案bc 3 多選 如圖所示 一束正離子先后通過正交電場磁場區(qū)域 和勻強磁場區(qū)域 如果這束正離子流在區(qū)域 中不偏轉(zhuǎn) 進入?yún)^(qū)域 后偏轉(zhuǎn)半徑又相同 則說明這些正離子具有相同的 a 電荷b 質(zhì)量c 速度d 比荷 答案cd 4 多選 如圖 帶電平行板中有豎直向上的勻強電場和垂直紙面向里的勻強磁場 帶電小球從光滑絕緣導(dǎo)軌上的a點自由滑下 經(jīng)過軌道端點p進入板間 恰好沿水平方向做直線運動 現(xiàn)讓小球從較低的b點開始自由滑下 經(jīng)p點進入板間 在板間運動過程有 a 小球動