帶電粒子在磁場和復(fù)合場中的運(yùn)動》知識點(diǎn)詳解整合訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)精華版經(jīng)典版,ppt課件

1、 第第2講帶電粒子在磁講帶電粒子在磁場和復(fù)合場中的運(yùn)動場和復(fù)合場中的運(yùn)動 【答案】【答案】B 1. (2021廣東高考廣東高考)質(zhì)量和電荷量都相等的帶電粒子質(zhì)量和電荷量都相等的帶電粒子M和和N，以不同，以不同的速率經(jīng)小孔的速率經(jīng)小孔S垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，運(yùn)轉(zhuǎn)的半圓軌跡如圖垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，運(yùn)轉(zhuǎn)的半圓軌跡如圖423中中虛線所示以下表述正確的選項是虛線所示以下表述正確的選項是()AM帶負(fù)電，帶負(fù)電，N帶正電帶正電BM的速率小于的速率小于N的速率的速率C洛倫茲力對洛倫茲力對M、N做正功做正功DM的運(yùn)轉(zhuǎn)時間大于的運(yùn)轉(zhuǎn)時間大于N的運(yùn)轉(zhuǎn)時間的運(yùn)轉(zhuǎn)時間【答案】【答案】A 2(2021北京高考北京高考)處于勻強(qiáng)

2、磁場中的一個帶電粒子，僅在磁場力處于勻強(qiáng)磁場中的一個帶電粒子，僅在磁場力作用下做勻速圓周運(yùn)動將該粒子的運(yùn)動等效為環(huán)形電流，那么此作用下做勻速圓周運(yùn)動將該粒子的運(yùn)動等效為環(huán)形電流，那么此電流值電流值()A與粒子電荷量成正比與粒子電荷量成正比B與粒子速率成正比與粒子速率成正比C與粒子質(zhì)量成正比與粒子質(zhì)量成正比D與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比【答案】【答案】D 3. (2021太原模擬太原模擬)如圖如圖424所示，兩個橫截面分別為圓形和正方形的所示，兩個橫截面分別為圓形和正方形的區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度一樣的勻強(qiáng)磁場，圓的直徑和正方形的邊長相等，兩個區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度一樣的勻強(qiáng)磁場，圓的直徑和正方形

3、的邊長相等，兩個電子以一樣的速度分別飛入兩個磁場區(qū)域，速度方向均與磁場方向垂直，進(jìn)電子以一樣的速度分別飛入兩個磁場區(qū)域，速度方向均與磁場方向垂直，進(jìn)入圓形磁場的電子初速度方向?qū)?zhǔn)圓心；進(jìn)入正方形磁場的電子初速度方向入圓形磁場的電子初速度方向?qū)?zhǔn)圓心；進(jìn)入正方形磁場的電子初速度方向垂直于邊境，從中點(diǎn)進(jìn)入那么下面判別正確的選項是垂直于邊境，從中點(diǎn)進(jìn)入那么下面判別正確的選項是()A兩電子在兩磁場中運(yùn)動時，其半徑一定一樣兩電子在兩磁場中運(yùn)動時，其半徑一定一樣B兩電子在兩磁場中運(yùn)動的時間一定不一樣兩電子在兩磁場中運(yùn)動的時間一定不一樣C進(jìn)入圓形磁場區(qū)域的電子一定先飛離磁場進(jìn)入圓形磁場區(qū)域的電子一定先飛離磁

4、場D進(jìn)入圓形磁場區(qū)域的電子一定不會后飛離磁場進(jìn)入圓形磁場區(qū)域的電子一定不會后飛離磁場【答案】【答案】AD 1.組合場模型：電場、磁場、重力場組合場模型：電場、磁場、重力場(或其中兩種場或其中兩種場)并存，但各位并存，但各位于一定區(qū)域，并且互不重疊的情況于一定區(qū)域，并且互不重疊的情況2三種場力三種場力(1)重力重力Gmg，方向總是豎直向下，恒力，做功只取決于初末位置的高，方向總是豎直向下，恒力，做功只取決于初末位置的高度差度差(2)電場力電場力FqE，方向與場強(qiáng)方向及電性有關(guān)，做功只取決于初末位置的，方向與場強(qiáng)方向及電性有關(guān)，做功只取決于初末位置的電勢差電勢差(3)洛倫茲力洛倫茲力F洛洛qvB(

5、vB)，方向用左手定那么斷定，洛倫茲力永不做功，方向用左手定那么斷定，洛倫茲力永不做功 如圖如圖425所示，直線所示，直線OA與與y軸成軸成30角，在角，在AOy范范圍內(nèi)有沿圍內(nèi)有沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，在軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，在AOx范圍內(nèi)有一個矩形區(qū)域的勻范圍內(nèi)有一個矩形區(qū)域的勻強(qiáng)磁場該磁場區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度強(qiáng)磁場該磁場區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.2 T，方向垂直紙面向里一，方向垂直紙面向里一帶電微粒電荷量帶電微粒電荷量q21014 C，質(zhì)量，質(zhì)量m41020 kg，微粒在，微粒在y軸上的某點(diǎn)以速度軸上的某點(diǎn)以速度v0垂直于垂直于y軸進(jìn)入勻強(qiáng)電場，并以速度軸進(jìn)入勻強(qiáng)電場，并以速度v3104 m/s垂

6、直穿過直線垂直穿過直線OA，運(yùn)動中經(jīng)過矩形磁場區(qū)域后，最終又垂直穿，運(yùn)動中經(jīng)過矩形磁場區(qū)域后，最終又垂直穿過過x軸不計微粒重力，求：軸不計微粒重力，求：(結(jié)果保管兩位有效數(shù)字結(jié)果保管兩位有效數(shù)字)(1)帶電微粒進(jìn)入電場時的初速度帶電微粒進(jìn)入電場時的初速度v0多大；多大；(2)帶電微粒在磁場中做圓周運(yùn)動的半徑；帶電微粒在磁場中做圓周運(yùn)動的半徑；(3)畫出粒子運(yùn)動軌跡圖并求出最小矩形畫出粒子運(yùn)動軌跡圖并求出最小矩形 磁場區(qū)域的長和寬磁場區(qū)域的長和寬【解析】【解析】(1)帶電微粒做類平拋運(yùn)動把速度帶電微粒做類平拋運(yùn)動把速度v分解如下圖分解如下圖 v0vcos 302.6104 m/s 【答案】【答案

7、】(1)2.6104 m/s(2)0.3 m(3)圖見解析圖見解析0.6 m0.56 m1. (2021襄陽模擬襄陽模擬)如圖如圖426所示，兩導(dǎo)體板程度放置，兩板間所示，兩導(dǎo)體板程度放置，兩板間電勢差為電勢差為U，帶電粒子以某一初速度，帶電粒子以某一初速度v0沿平行于兩板的方向從兩板正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境限豎直的勻強(qiáng)磁中間射入，穿過兩板后又垂直于磁場方向射入邊境限豎直的勻強(qiáng)磁場，那么粒子射入磁場和射出磁場的場，那么粒子射入磁場和射出磁場的M、N兩點(diǎn)間的間隔兩點(diǎn)間的間隔d隨著隨著U和和v0的變化情況為的變化情況為()Ad隨隨v0增大而增大，增大

8、而增大，d與與U無關(guān)無關(guān)Bd隨隨v0增大而增大，增大而增大，d隨隨U增大而增大增大而增大Cd隨隨U增大而增大，增大而增大，d與與v0無關(guān)無關(guān)Dd隨隨v0增大而增大，增大而增大，d隨隨U增大而減小增大而減小【答案】【答案】A 2. (2021大連模擬大連模擬)如圖如圖427所示，盤旋所示，盤旋加速器加速器D形盒的半徑為形盒的半徑為R，所加磁場的磁感，所加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為應(yīng)強(qiáng)度為B，被加速的質(zhì)子從，被加速的質(zhì)子從D形盒中央由形盒中央由靜止出發(fā)，經(jīng)交變電場加速后射出設(shè)質(zhì)子靜止出發(fā)，經(jīng)交變電場加速后射出設(shè)質(zhì)子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的周期為在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的周期為T，假設(shè)忽，假設(shè)忽略質(zhì)子在電場中

9、的加速時間，那么以下說法正確的選項是略質(zhì)子在電場中的加速時間，那么以下說法正確的選項是()A假設(shè)只增大交變電壓假設(shè)只增大交變電壓U，那么質(zhì)子在加速器中運(yùn)轉(zhuǎn)時間將變短，那么質(zhì)子在加速器中運(yùn)轉(zhuǎn)時間將變短B假設(shè)只增大交變電壓假設(shè)只增大交變電壓U，那么電荷的最大動能會變大，那么電荷的最大動能會變大C質(zhì)子在電場中加速的次數(shù)越多，其最大動能越大質(zhì)子在電場中加速的次數(shù)越多，其最大動能越大D質(zhì)子在磁場中的運(yùn)動周期是交流電源的周期的兩倍質(zhì)子在磁場中的運(yùn)動周期是交流電源的周期的兩倍【答案】【答案】A 1.復(fù)合場模型：電場、磁場、重力場復(fù)合場模型：電場、磁場、重力場(或其中兩種場或其中兩種場)并存于同一區(qū)并存于同一

10、區(qū)域的情況域的情況2運(yùn)動情況分析運(yùn)動情況分析帶電粒子在混合場中做什么運(yùn)動，取決于帶電粒子所受的合外力帶電粒子在混合場中做什么運(yùn)動，取決于帶電粒子所受的合外力及其初始形狀的速度，因此應(yīng)把帶電粒子的運(yùn)動情況和受力情況結(jié)及其初始形狀的速度，因此應(yīng)把帶電粒子的運(yùn)動情況和受力情況結(jié)合起來進(jìn)展分析合起來進(jìn)展分析(1)當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中所受合外力為零時，做勻速直線運(yùn)動當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中所受合外力為零時，做勻速直線運(yùn)動(如速度選擇器如速度選擇器)(2)當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場力等值反向，洛倫茲力提供向心當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場力等值反向，洛倫茲力提供向心力時，帶電粒子在垂直于磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動

11、力時，帶電粒子在垂直于磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動3受力分析及解題觀念受力分析及解題觀念(1)帶電粒子在混合場中的運(yùn)動問題是電磁學(xué)知識和力學(xué)知識的結(jié)帶電粒子在混合場中的運(yùn)動問題是電磁學(xué)知識和力學(xué)知識的結(jié)合，分析方法和力學(xué)問題的分析方法根本一樣，不同之處是多了電合，分析方法和力學(xué)問題的分析方法根本一樣，不同之處是多了電場力、洛倫茲力場力、洛倫茲力(2)帶電粒子在混合場中的運(yùn)動問題，除了利用力學(xué)即動力學(xué)觀念、帶電粒子在混合場中的運(yùn)動問題，除了利用力學(xué)即動力學(xué)觀念、能量觀念來分析外，還要留意電場和磁場對帶電粒子的作用特點(diǎn)，能量觀念來分析外，還要留意電場和磁場對帶電粒子的作用特點(diǎn)，如電場力做功與途徑無關(guān)

12、，洛倫茲力方向一直和運(yùn)動速度方向垂直如電場力做功與途徑無關(guān)，洛倫茲力方向一直和運(yùn)動速度方向垂直永不做功等永不做功等 (20分分)(2021安徽江南十校聯(lián)考安徽江南十校聯(lián)考)如圖如圖429所示，半圓有界勻強(qiáng)磁場的圓心所示，半圓有界勻強(qiáng)磁場的圓心O1在在x軸上，軸上，OO1間隔等于半圓磁場的半徑，磁感間隔等于半圓磁場的半徑，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為應(yīng)強(qiáng)度大小為B1.虛線虛線MN平行平行x軸且與半圓相軸且與半圓相切于切于P點(diǎn)在點(diǎn)在MN上方是正交的勻強(qiáng)電場和勻上方是正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，電場場強(qiáng)大小為強(qiáng)磁場，電場場強(qiáng)大小為E，方向沿，方向沿x軸負(fù)向，磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為軸負(fù)向，磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2.B

13、1、B2均垂直紙面，方向如下圖有一群一樣的正粒子，以一樣的速率均垂直紙面，方向如下圖有一群一樣的正粒子，以一樣的速率沿不同方向從原點(diǎn)沿不同方向從原點(diǎn)O射入第射入第象限，其中沿象限，其中沿x軸正方向進(jìn)入磁場的粒子經(jīng)過軸正方向進(jìn)入磁場的粒子經(jīng)過P點(diǎn)射入點(diǎn)射入MN后，恰好在正交的電磁場中做直線運(yùn)動，粒子質(zhì)量為后，恰好在正交的電磁場中做直線運(yùn)動，粒子質(zhì)量為m，電荷量為，電荷量為q(粒子重力不計粒子重力不計)(1)求粒子初速度大小和有界半圓磁場的半徑；求粒子初速度大小和有界半圓磁場的半徑；(2)假設(shè)撤去磁場假設(shè)撤去磁場B2，求經(jīng)過，求經(jīng)過P點(diǎn)射入電場的粒子從點(diǎn)射入電場的粒子從y軸出電場時的坐標(biāo)；軸出電場

14、時的坐標(biāo)；(3)試證明：題中一切從原點(diǎn)試證明：題中一切從原點(diǎn)O進(jìn)入第進(jìn)入第象限的粒子都能在正交的電磁場中象限的粒子都能在正交的電磁場中做直線運(yùn)動做直線運(yùn)動(3)證明：設(shè)從證明：設(shè)從O點(diǎn)入射的任一粒子進(jìn)入點(diǎn)入射的任一粒子進(jìn)入B1磁場時，速度方向與磁場時，速度方向與x軸成軸成角，粒角，粒子出子出B1磁場與半圓磁場邊境交于磁場與半圓磁場邊境交于Q點(diǎn)，點(diǎn)，如下圖，找出軌跡圓心，可以看出四如下圖，找出軌跡圓心，可以看出四邊形邊形OO1QO2四條邊等長是平行四邊形，所以半徑四條邊等長是平行四邊形，所以半徑O2Q與與OO1平平行所以從行所以從Q點(diǎn)出磁場速度與點(diǎn)出磁場速度與O2Q垂直，即與垂直，即與x軸垂直，

15、所以垂直進(jìn)軸垂直，所以垂直進(jìn)入入MN邊境進(jìn)入正交電磁場邊境進(jìn)入正交電磁場E、B2中都有中都有qv0B2Eq，故粒子做直，故粒子做直線運(yùn)動線運(yùn)動(5分分)【答案】見規(guī)范解答【答案】見規(guī)范解答【答案】【答案】D 2(2021鄭州模擬鄭州模擬)如下圖，真空中存在著以下四種有界的勻強(qiáng)電如下圖，真空中存在著以下四種有界的勻強(qiáng)電場場E和勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)磁場B區(qū)域，一帶正電的小球區(qū)域，一帶正電的小球(電荷量為電荷量為q，質(zhì)量為，質(zhì)量為m)從從該復(fù)合場邊境上方的某一高度由靜止開場下落那么小球能夠沿直該復(fù)合場邊境上方的某一高度由靜止開場下落那么小球能夠沿直線經(jīng)過以下哪種復(fù)合場區(qū)域線經(jīng)過以下哪種復(fù)合場區(qū)域()【解析

16、】對帶正電的小球進(jìn)展受力分析可知只需在選項【解析】對帶正電的小球進(jìn)展受力分析可知只需在選項B所示的所示的復(fù)合場區(qū)域其所受洛倫茲力、重力、電場力可以平衡，應(yīng)選復(fù)合場區(qū)域其所受洛倫茲力、重力、電場力可以平衡，應(yīng)選B.【答案】【答案】B3.(2021浙江高考浙江高考)如圖如圖4211所示，所示，兩塊程度放置、相距為兩塊程度放置、相距為d的長金屬板接的長金屬板接在電壓可調(diào)的電源上兩板之間的右在電壓可調(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(qiáng)側(cè)區(qū)域存在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場將噴墨打印機(jī)的噴口接近上板下外表，從噴口延續(xù)不斷噴磁場將噴墨打印機(jī)的噴口接近上板下外表，從噴口延續(xù)不斷噴出質(zhì)量均為出

17、質(zhì)量均為m、程度速度均為、程度速度均為v0、帶相等電荷量的墨滴調(diào)理電源、帶相等電荷量的墨滴調(diào)理電源電壓至電壓至U，墨滴在電場區(qū)域恰能沿程度向右做勻速直線運(yùn)動；進(jìn)入，墨滴在電場區(qū)域恰能沿程度向右做勻速直線運(yùn)動；進(jìn)入電場、磁場共存區(qū)域后，最終垂直打在下板的電場、磁場共存區(qū)域后，最終垂直打在下板的M點(diǎn)點(diǎn)(1)判別墨滴所帶電荷的種類，并求其電荷量；判別墨滴所帶電荷的種類，并求其電荷量；(2)求磁感應(yīng)強(qiáng)度求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的值；的值；(3)現(xiàn)堅持噴口方向不變，使其豎直下移到兩板中間的位置為了現(xiàn)堅持噴口方向不變，使其豎直下移到兩板中間的位置為了使墨滴仍能到達(dá)下板使墨滴仍能到達(dá)下板M點(diǎn)，應(yīng)將磁感應(yīng)強(qiáng)度調(diào)至點(diǎn)，應(yīng)將磁感應(yīng)強(qiáng)度調(diào)至B，那么，那么B的大小的大小為多少？為多少？【答案】【答案】C 如圖如圖4213所示，在足夠大的空間范圍內(nèi)，同時存在所示，在足夠大的空間范圍內(nèi)，同時存在著豎直向上的勻強(qiáng)電場和垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，電場強(qiáng)度為著豎直向上的勻強(qiáng)電場和垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，電場強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.足夠長的光滑絕緣斜面固定在程度面上，斜面傾角足夠長的光滑絕緣斜面固定在程度面上，斜面傾角為為30.有一帶電的物體有一帶電的物體P靜止于斜面頂端，物體靜止于斜面頂端，物體P對斜面無壓力假對斜面無壓力假設(shè)給物體設(shè)給物體P一個程度的初速度使其向右拋出，同時另有一不帶電的一