高考物理专题复习课件带电粒子在复合场中的运动.ppt

1、,4 带电粒子在复合场中的运动,第八章,磁 场,1.带电粒子在复合场中的直线运动 (2010芜湖十二中)如图844所示，套在很长的绝缘直棒上的小球，其质量为m，带电荷量为+q，小球可在棒上滑动，将此棒竖直放在互相垂直，且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中，电场强度为E，方向水平向右，磁感应强度为B，方向水平向里，小球与棒的动摩擦因数为.求小球由静止沿棒下落的最大加 速度和最大速度(设小球电 荷量不变，重力加速度为g),图844,点评：带电粒子在复合场中的运动，一般具有较复杂的运动图景，可以综合考查重力场、电场、磁场的知识，同时考查考生在复杂的情景中灵活运用解题基本方法，洞察问题的内在联系，更能反

2、映考生的综合素质,(2009北京)如图8-4-4所示的虚线区域内，充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场.一带电粒子a(不计重力)以一定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域，恰好沿直线由区域右边界的O点(图中未标出)穿出.若撤去该区域内的磁场而保留电场不变，另一个同样的粒子b(不计重力)仍以相同初速度由O点 射入，从区域右边界穿出， 则粒子b( ),图8-4-4,A.穿出位置一定在O点下方 B.穿出位置一定在O点上方 C.运动时，在电场中的电势能一定减小 D.在电场中运动时，动能一定减小 a粒子要在电场、磁场的复合场区内做直线运动，则该粒子一定做匀速直线运动，故对粒子a有： Bq

3、v=Eq，,即只要满足E=Bv无论粒子带正电还是负电，粒子都可以沿直线穿出复合场区，当撤去磁场只保留电场时，粒子b由于电性不确定，故无法判断从O点的上方或下方穿出，故AB错误；粒子b在穿过电场区的过程中必然受到电场力的作用而做类平抛的运动，电场力做正功，其电势能减小，动能增大，故C项正确D项错误.,2.带电粒子在复合场中的匀速圆周运动,(2010巢湖二检)美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器，应用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点，能使粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量，使人类在获得较高能量带电粒子方面前进了一步图846为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加

4、速电场场强大小恒定，且被限制在A、C板间带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D型盒中的匀强磁场做匀速圆周运动对于这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是(),A带电粒子每运动一周被加速两次 B带电粒子每运动一周P1P2=P2P3 C加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关 D加速电场方向需要做周期性的变化,图846,如图8-4-7所示，在真空中同时存在着相互正交的匀强电场和匀强磁场，且电场方向竖直向下，有甲、乙两个带电微粒，甲带负电，电量为q1，恰好静止于A点；乙也带负电，电荷量为q2，正在过A点的竖直平面内做半径为r的 匀速圆周运动；运动中乙 与甲发生碰撞并粘在一起

5、， 试分析它们以后的运动.,图8-4-7,由已知条件可知甲、乙所受重力与电场力平衡，故碰撞后两微粒一起做匀速圆周运动. 由q2vB=mv2/r 得 碰撞过程中动量守恒，则,3.带电粒子在复合场中的一般曲线运动 如图8-4-7空间存在着垂直纸面向外的水平的匀强磁场和竖直向上的匀强电场，磁感应强度为B，电场强度为E.在这个场区内，有一带正电的液滴a在电场力和重力作用下处于静止状态.现从场中某点由静止释放一个带负电的液滴b(图中未画出)，当它的运动方向变为水平方向时恰与a相撞，,图8-4-7,撞后两液滴合为一体，并沿水平方向做匀速直线运动.已知液滴b的质量是a质量的2倍，b所带的电荷量的大小是a所带

6、电量大小的4倍，设相撞前ab之间的静电力可不计. (1)求两液滴相撞后共同运动的速度大小; (2)画出液滴b在相撞前运动的轨迹示意图; (3)求液滴b开始下落时距液滴a的高度h.,设a、b的质量分别为m、2m，带电量分别为q、-4q，两液滴相撞后，共同速度为v1，则有： 3mg+3qE=3qBv1 液滴a开始静止，有：mg=qE 对液滴b受重力和电场力作用加速下滑时，由动能定理得：,两液滴相撞时动量守恒2mv2=3mv1 联立以上方程解得： 轨迹如图所示.,如图8-4-9，与水平面成37倾斜轨道AB，其延长线在C点与半圆轨道CD(轨道半径R=1m)相切，全部轨道为绝缘材料制成且放在竖直面内.整

7、个空间存在水平向左的匀 强电场，MN的右 侧存在垂直纸面向 里的匀强磁场.,图8-4-9,一个质量为0.4kg的带电小球沿斜面下滑，至B点时速度为 接着沿直线BC(此处无轨道)运动到达C处进入半圆轨道，进入时无动能损失，且刚好到达D点，从D点飞出时磁场消失，不计空气阻力，g=10m/s2，cos37=0.8，求： (1)小球带何种电荷. (2)小球离开D点后的运动轨迹与直线AC的交点距C点的距离. (3)小球在半圆轨道部分克服摩擦力所做的功.,(1)正电荷 (2)依题意可知小球在BC间做匀速直线运动. 在C点的速度为： 在BC段其受力如图所示，设重力和电场力合力为F.,F=qvCB 又F=mg

8、/cos37=5N 解得： 在D处由牛顿第二定律可得： 将 代入上式并化简得： 8vD2-7vD-100=0 解得 (舍去),小球离开D点后做类平抛运动，其加速度为：a=F/m 由 得： x=vDt=2.26m (3)CD段克服摩擦力做功Wf 由动能定理可得： 解得：Wf=27.6J,4.带电粒子在电磁场中的组合运动,(2010安徽)如图8410所示，宽度为d的竖直狭长区域内(边界为L1、L2)，存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场(如图所示)，电场强度的大小为E0，E0表示电场方向竖直向上t=0时，一带正电、质量为m的微粒从左边界上的N1点以水平速度v射入该区域，沿直线运

9、动到Q点后，做一次完整的圆周运动，再沿直线运动到右边界上的N2点 Q为线段N1N2的中点，重力加速度为g.上述d、E0、m、v、g为已知量,(1)求微粒所带电荷量q和磁感应强度B的大小； (2)求电场变化的周期T； (3)改变宽度d，使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域，求T的最小值,图8410,点评：考查的主要是带电粒子在复合场中的运动，还涉及电场的周期性变化等，是一道综合性问题能很好地考查学生对基础知识的掌握情况，想得满分不容易，有一定的区分度带电粒子在复合场中运动是高考的热点和重点，近几年始终围绕带电粒子在复合场中运动和实际应用问题考查，如质谱仪和回旋加速器等，尤其复合场中的问题更

10、是每年必考，占分较大,如图8-4-10所示，电容器两极板相距为d，两板间电压为U，极板间的匀强磁场的磁感应强度为B1，一束电荷量相同的带正电的粒子从图示方向射入电容器，沿直线穿过电容器后进入另一磁感应强度为B2的匀强磁场，结果分别打在a、b两点，两点间距离为R.设粒子所带电荷量为q，且不计粒子所受重力.求：打在a、b两点的粒子的质量之差m是多少？,图8-4-10,解析：由于粒子沿直线运动，所以qE=B1qv E=U/d 联立得v=U/dB1 以速度v进入B2的粒子做匀速圆周运动，由半径公式有 R1= 所以DR=2R2-2R1= 解得：Dm=,易错题：如图8412所示，空中有水平向右的匀强电场和垂直于纸面向外的匀强磁场，质量为m，带电量为+q的滑块沿水平向右做匀速直线运动，滑块和水平面间的动摩擦因数为，滑块与墙碰撞后速度为原来的一半滑块返回时，去掉了电场，恰好也做匀速直线运动，求原来电场强度的大小,图8412,错解：碰撞前，粒子做匀速运动，Eq=(mg+Bqv)返回时无电场力作用仍做匀速运动，水平方向无外力，竖直方向N=Bqv+mg.