高考物理總復(fù)習(xí) 第8章 磁場（第3課時(shí)）帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)課件.pptVIP

第3課時(shí)帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng) 基礎(chǔ)過關(guān) 一 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)1 復(fù)合場 電場 重力場共存 或其中某兩場共存 考點(diǎn)一帶電粒子在組合場和復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng) d 磁場 2 帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)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(shí) 粒子將 或做 運(yùn)動(dòng) 2 當(dāng)帶電粒子所受的合外力與運(yùn)動(dòng)方向在同一條直線上時(shí) 粒子將做 運(yùn)動(dòng) 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(shí) 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(shí) 粒子將做 曲線運(yùn)動(dòng) 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(yùn)動(dòng) 非勻變速 二 帶電粒子在組合場中的運(yùn)動(dòng) 1 組合場 是指電場 磁場 重力場有兩種場同時(shí)存在 但各位于一定的區(qū)域內(nèi)且不重疊 2 對(duì) 組合場 問題的處理方法 進(jìn)行分段處理 注意在兩種區(qū)域交界處的邊界問題與運(yùn)動(dòng)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(qiáng)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(qiáng)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(diǎn) 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(diǎn)進(jìn)入第 象限 又經(jīng)過磁場從y軸上的某點(diǎn)進(jìn)入第 象限 且速度與y軸負(fù)方向成45 角 不計(jì)粒子所受的重力 求 1 電場強(qiáng)度e的大小 2 粒子到達(dá)a點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向 3 abc區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度b的最小值 要點(diǎn)突破 要點(diǎn)一帶電粒子在組合場中運(yùn)動(dòng)處理方法解決帶電粒子在組合場中運(yùn)動(dòng)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(shí)的受力和運(yùn)動(dòng)情況 并畫出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡簡圖 3 具體運(yùn)動(dòng)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(qiáng)磁場b1和b2 長l 1 0m的區(qū)域 存在場強(qiáng)大小e 5 0 104v m 方向水平向右的勻強(qiáng)電場 區(qū)域 中間上方有一離子源s 水平向左發(fā)射動(dòng)能ek0 4 0 104ev的氘核 氘核最終從區(qū)域 下方的p點(diǎn)水平射出 s p兩點(diǎn)間的高度差h 0 10m 答案 1 2 24 10 14j 2 0 06m 3 1 2t 要點(diǎn)二帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài) 注意運(yùn)動(dòng)情況和受力情況的結(jié)合 4 對(duì)于粒子連續(xù)通過幾個(gè)不同區(qū)域 不同種類的場時(shí) 要分階段進(jìn)行處理 5 畫出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡 靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 1 當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí) 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(yùn)動(dòng)時(shí) 應(yīng)用牛頓定律結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解 3 當(dāng)帶電粒子做復(fù)雜曲線運(yùn)動(dòng)時(shí) 一般用動(dòng)能定理或能量守恒定律求解 6 對(duì)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(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場共存的區(qū)域內(nèi) 不計(jì)重力 電子可能沿水平方向向右做直線運(yùn)動(dòng)的是 解析若電子水平向右運(yùn)動(dòng) 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(yùn)動(dòng) 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(yùn)動(dòng) 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(yùn)動(dòng) 因此只有選項(xiàng)b正確 答案b 2 如圖所示 某空間存在正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)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(diǎn)進(jìn)入電磁場并剛好能沿ab直線向上運(yùn)動(dòng) 下列說法正確的是 a 微粒一定帶負(fù)電b 微粒動(dòng)能一定減小c 微粒的電勢能一定增加d 微粒的機(jī)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(yùn)動(dòng) 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(yùn)動(dòng) 動(dòng)能不變 所以b項(xiàng)錯(cuò)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(huì)平衡 故該微粒一定是帶負(fù)電 a項(xiàng)正確 該微粒帶負(fù)電 向左上方運(yùn)動(dòng) 所以電場力做正功 電勢能一定是減小的 c項(xiàng)錯(cuò)誤 因?yàn)橹亓菽茉黾?動(dòng)能不變 所以該微粒的機(jī)械能增加 d項(xiàng)錯(cuò)誤 答案a 3 設(shè)空間存在豎直向下的勻強(qiáng)電場和垂直紙面向里的勻強(qiáng)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(diǎn)沿曲線acb運(yùn)動(dòng) 到達(dá)b點(diǎn)時(shí)速度為零 c點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn) 忽略重力 以下說法正確的是 a 該離子帶負(fù)電荷b a點(diǎn)和b點(diǎn)位于不同高度c 離子在c點(diǎn)時(shí)速度最大d 離子到達(dá)b點(diǎn)時(shí) 將沿原曲線返回a點(diǎn) 解析因?yàn)殡x子由a運(yùn)動(dòng)到了b 由運(yùn)動(dòng)軌跡可判斷離子帶正電 選項(xiàng)a錯(cuò)誤 到達(dá)b點(diǎn)時(shí)速度為零 說明電場力做功為零 所以a點(diǎn)和b點(diǎn)位于同一等勢面上 即同一高度 選項(xiàng)b錯(cuò)誤 由于洛倫茲力不做功 在運(yùn)動(dòng)過程中 到c點(diǎn)時(shí)電場力做功最多 因此離子在c點(diǎn)時(shí)速度最大 選項(xiàng)c正確 在b點(diǎn)對(duì)離子受力分析可知 離子將向右重復(fù)曲線運(yùn)動(dòng) 選項(xiàng)d錯(cuò)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(diǎn)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(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)電場 其他區(qū)域存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)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(diǎn)沿著x軸正方向以初速度v0射入電場 運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后經(jīng)過q點(diǎn)垂直于射線oa進(jìn)入磁場 經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn) 過y軸正半軸上的m點(diǎn)再次垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場 已知op h 不計(jì)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(qiáng)度e和磁感應(yīng)強(qiáng)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(diǎn)二帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的實(shí)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(duì)電荷的加速作用和 對(duì)運(yùn)動(dòng)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(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(shí)都能得到加速 粒子通過d形金屬盒時(shí) 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(yùn)動(dòng) 設(shè)d形盒的半徑為r 則粒子獲得的最大動(dòng)能為 電場 磁場 粒子做圓周運(yùn)動(dòng)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(shí)的速度v 然后經(jīng)過s3沿著與磁場垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)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(shí)間可忽略 磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)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(duì)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(shí)的最大動(dòng)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(qiáng)度b和交流電頻率f 該回旋加速器的最大動(dòng)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(jìn)入速度選擇器 速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場的強(qiáng)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(qiáng)度為b0的勻強(qiáng)磁場 下列表述不正確的是 答案d 要點(diǎn)突破 要點(diǎn)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(shí)際應(yīng)用問題要重視物理模型意識(shí)的培養(yǎng) 善于把握模型的本質(zhì) 理解原理 學(xué)會(huì)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(jìn)入有界勻強(qiáng)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(tái)回旋加速器 其原理如圖所示 這臺(tái)加速器由兩個(gè)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(jìn)入加速器b 粒子由加速器的邊緣進(jìn)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(jìn)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(xiàng)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(gè)d形金屬盒 兩金屬盒置于勻強(qiáng)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(dòng)能相同c 它們?cè)赿形盒中運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(jī)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(jìn)入勻強(qiáng)磁場b2 形成兩條徑跡 則下列說法中正確的是 a 粒子1進(jìn)入磁場b2的速度小于粒子2的速度b 粒子1進(jìn)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(qiáng)磁場區(qū)域 如果這束正離子流在區(qū)域 中不偏轉(zhuǎn) 進(jìn)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(qiáng)電場和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場 帶電小球從光滑絕緣導(dǎo)軌上的a點(diǎn)自由滑下 經(jīng)過軌道端點(diǎn)p進(jìn)入板間 恰好沿水平方向做直線運(yùn)動(dòng) 現(xiàn)讓小球從較低的b點(diǎn)開始自由滑下 經(jīng)p點(diǎn)進(jìn)入板間 在板間運(yùn)動(dòng)過程有 a 小球動(dòng)