高考物理大一轮复习 第九章 磁场 第26讲 带电粒子在复合场中的运动课件.ppt

磁　　场第第 九九 章章第第2626讲　带电粒子在复合场中的运动讲　带电粒子在复合场中的运动考纲要求考纲要求考情分析考情分析命题趋势命题趋势1.带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动ⅡⅡ2．质谱仪和回旋加速器等科．质谱仪和回旋加速器等科技应用技应用ⅠⅠ2017·江苏卷，江苏卷，152016·全国卷全国卷ⅠⅠ，，152016·江苏卷，江苏卷，15高考对本专题内容的考查主要是以计算题的高考对本专题内容的考查主要是以计算题的形式考查带电粒子在复合场中的运动，以选形式考查带电粒子在复合场中的运动，以选择题的形式考查涉及复合场的科技应用问题，择题的形式考查涉及复合场的科技应用问题，考查学生分析综合能力、理论联系实际能力考查学生分析综合能力、理论联系实际能力.栏目导航板板 块块 一一板板 块块 二二板板 块块 三三板板 块块 四四•1．带电粒子在复合场中的运动•(1)复合场与组合场•①复合场：电场、____________、重力场共存，或其中某两场共存．•②组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，或在同一区域，电场、磁场分时间段或分区域交替出现．•磁场磁场 •(2)三种场的比较项目项目名称名称力的特点力的特点功和能的特点功和能的特点重力场重力场大小：大小：G＝＝____________方向：方向：____________重力做功与重力做功与____________无关无关重力做功改变物体的重力做功改变物体的____________静电场静电场大小：大小：F＝＝____________方向：方向：a.正电荷受力方向与场强方向正电荷受力方向与场强方向____________b．负电荷受力方向与场强方向．负电荷受力方向与场强方向____________电场力做功与电场力做功与____________无关无关W＝＝____________电场力做功改变电场力做功改变____________磁场磁场洛伦兹力洛伦兹力F＝＝____________方向符合方向符合____________定则定则洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的____________•mg •竖直向下竖直向下 •路径路径 •重力势能重力势能 •qE •相同相同 •相反相反 •路径路径 •qU •电势能电势能 •qvB •左手左手 •动能动能 •(3)带电粒子在复合场中的运动分类•①静止或匀速直线运动•当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于静止状态或做____________.•②匀速圆周运动•当带电粒子所受的重力与电场力大小____________，方向____________时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做____________运动．•匀速直线运动匀速直线运动 •相等相等 •相相反反 •匀速圆周匀速圆周 •③较复杂的曲线运动•当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一条直线上时，粒子做_______变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线．•④分阶段运动•带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域，其运动情况随区域发生变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成．•非匀非匀•2．电场、磁场分区域应用实例•(1)质谱仪•①构造：如图甲所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成．•(2)回旋加速器•①构造：如图乙所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源，D形盒处于匀强磁场中．•3．电场、磁场同区域并存的实例•匀速直线匀速直线 •Bv0d •磁场方向磁场方向 •电势差电势差 •1．判断正误•(1)利用回旋加速器可以将带电粒子的速度无限制地增大．(　　)•(2)粒子能否通过速度选择器，除与速度有关外，还与粒子的带电正负有关．(　　)•(3)磁流体发电机中，根据左手定则，可以确定正、负粒子的偏转方向，从而确定正、负极或电势高低．(　　)•(4)带电粒子在复合场中受洛伦兹力情况下的直线运动一定为匀速直线运动．(　　)•(5)质谱仪是一种测量带电粒子质量并分析同位素的仪器．(　　)•× •× •√ •√ •√ •2．(多选)如图所示，一带电小球在一正交电场、磁场区域里做匀速圆周运动，电场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里，则下列说法正确的是(　　)•A．小球一定带正电•B．小球一定带负电•C．小球的绕行方向为顺时针•D．改变小球的速度大小，小球将不做圆周运动•BC •3．如图所示，一束粒子(不计重力，初速度可忽略)缓慢通过小孔O1进入极板间电压为U的水平加速电场区域Ⅰ，再通过小孔O2射入相互正交的恒定匀强电场、磁场区域Ⅱ，其中磁场的方向如图所示，磁感应强度大小可根据实际要求调节，收集室的小孔O3与O1、O2在同一条水平线上．则收集室收集到的是(　　)•A．具有特定质量和特定比荷的粒子•B．具有特定速度和特定比荷的粒子•C．具有特定质量和特定速度的粒子•D．具有特定动能和特定比荷的粒子•B •带电粒子在组合场中的运动问题为高考热点，考查学生对带电粒子在先后出现(或交替出现)的电磁场中的运动分析、性质判断及综合计算能力．•1．是否考虑粒子重力的三种情况•(1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略，而对于一些宏观物体，如带电小球、液滴、金属块等一般应当考虑其重力．一　带电粒子在组合场中的运动问题一　带电粒子在组合场中的运动问题•(2)在题目中有明确说明是否要考虑重力的，这种情况比较正规，也比较简单．•(3)不能直接判断是否要考虑重力的，在进行受力分析与运动分析时，要由分析结果确定是否要考虑重力．•2．带电粒子在组合场中运动，要分段处理，对匀强电场中的匀变速直线运动或类平抛运动，可由牛顿定律及运动学公式求解，对匀强磁场中的匀速圆周运动，要结合几何知识，确定圆心及半径，从而确定磁感应强度和圆心角或时间，确定从电场进入磁场的速度的大小、方向及两场交界处轨迹的几何关系，是解决问题的关键．•解决带电粒子在组合场中运动问题的思路方法•[例1](2017·天津卷)平面直角坐标系xOy中，第Ⅰ象限存在垂直于平面向里的匀强磁场，第Ⅲ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；•(2)电场强度和磁感应强度的大小之比．•带电粒子在复合场中的运动问题是历年高考命题的热点，覆盖面大，综合性强，难度大，能力要求高，以计算题呈现，有时也有选择题．•1．带电粒子在复合场中无约束情况下的运动主要是以下几种形式二　带电粒子在复合场中的运动问题二　带电粒子在复合场中的运动问题复合场组成复合场组成可能的运动形式可能的运动形式磁场、重力场并存磁场、重力场并存①①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平衡，则带电体做匀速直线运动②②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F洛洛不做功，不做功，故机械能守恒，由此可求解问题故机械能守恒，由此可求解问题•2．分阶段运动•带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域，其受力情况随区域发生变化，则其运动过程由几种不同的运动阶段组成．复合场组成复合场组成可能的运动形式可能的运动形式电场、磁场并存电场、磁场并存(不计微观不计微观粒子的重力粒子的重力)①①若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动②②若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体做复杂的曲线运动，因若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体做复杂的曲线运动，因F洛洛不做功，不做功，可用动能定理求解问题可用动能定理求解问题电场、磁场、重力场并存电场、磁场、重力场并存①①若三力平衡，带电体一定做匀速直线运动若三力平衡，带电体一定做匀速直线运动②②若重力与电场力平衡，带电体一定做匀速圆周运动若重力与电场力平衡，带电体一定做匀速圆周运动③③若合力不为零且与速度方向不垂直，带电体将做复杂的曲线运动，因若合力不为零且与速度方向不垂直，带电体将做复杂的曲线运动，因F洛洛不做功，可用能量守恒定律或动能定理求解问题不做功，可用能量守恒定律或动能定理求解问题•[例2]如图所示，空间区域Ⅰ、Ⅱ存在匀强电场和匀强磁场，MN、PQ为磁场区域的理想边界，Ⅰ区域高度为d，Ⅱ区域的高度足够大．匀强电场方向竖直向上；Ⅰ、Ⅱ区域磁场的磁感应强度均为B，方向分别垂直纸面向里和向外．一个质量为m，电荷量为q的带电小球从磁场上方的O点由静止开始下落，进入电磁场区域后，恰能做匀速圆周运动．已知重力加速度为g.(1)试判断小球的电性并求出电场强度试判断小球的电性并求出电场强度E的大小；的大小；(2)若若带带电电小小球球运运动动一一定定时时间间后后恰恰能能回回到到O点点，，在在图图中中作作出出小小球球的的运运动动轨轨迹迹；；求求出出释释放放时时距距MN的的高高度度h，，并并求求出出小球从开始释放到第一次回到小球从开始释放到第一次回到O点所经历的时间点所经历的时间t；；(3)试试讨讨论论h取取不不同同值值时时，，小小球球第第一一次次穿穿出出磁磁场场ⅠⅠ区区域域的过程中电场力所做的功的过程中电场力所做的功W.•1．(多选)如图所示，匀强磁场方向垂直纸面向里，匀强电场方向竖直向下，有一正离子恰能沿直线从左向右水平飞越此区域．不计重力，则(　 　)•A．若电子从右向左飞入，电子也沿直线运动•B．若电子从右向左飞入，电子将向上偏转•C．若电子从左向右飞入，电子将向下偏转•D．若电子从左向右飞入，电子也沿直线运动•BD •2．(2017·北京东城区模拟)如图所示，一束质量、速度和电荷量不全相等的离子，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后，进入另一个匀强磁场中并分裂为A、B两束，下列说法中正确的是(　　)•A．组成A束和B束的离子都带负电•B．组成A束和B束的离子质量一定不同•C．A束离子的比荷大于B束离子的比荷•D．速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外•C •3．(2017·辽宁三小调研)(多选)如图所示是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源两端相连．现分别加速质子(H)和氘核(H)．下列说法正确的是(　　)•A．它们的最大速度相同•B．质子的最大动能大于氘核的最大动能•C．加速质子和氘核所用高频电源的频率相同•D．仅增大高频电源的电压不可能增大粒子的最大动能•BD •4．(多选)如图所示，匀强电场的方向竖直向下，匀强磁场的方向垂直纸面向里，三个油滴a、b、c带有等量同种电荷，其中a静止，b向右做匀速运动，c向左做匀速运动，比较它们的重力Ga、Gb、Gc间的大小，正确的是(　　)•A．Ga最大　　B．Gb最大•C．Gc最大　　D．Gb最小•CD •5．(2017·山东青岛调研)如图所示，空间的某个复合场区域内存在着方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场．质子由静止开始经一加速电场加速后，垂直于复合场的界面进入并沿直线穿过场区，质子从复合场穿出时的动能为Ek.那么氘核同样由静止开始经同一加速电场加速后穿过同一复合场后的动能E′k的大小是(　　)•A．E′k＝Ek　　•B．E′k>Ek•C．E′k