（通用版）2020版高考物理二轮复习 专题五 电场和磁场 第2课时 带电粒子在复合场中的运动课件

第一部分专题五电场和磁场高考命题轨迹高考命题点命题轨迹情境图带电粒子在复合场中运动的实例分析20161卷15带电粒子在叠加场中的运动20171卷1616(1)15题17(1)16题带电粒子在组合场中的运动20181卷25,2卷25,3卷2420191卷24带电粒子在周期性变化电场或磁场中的运动18(1)25题18(2)25题18(3)24题19(1)24题相关知识链接1.电场中常见的运动类型(1)匀变速直线运动：通常利用动能定理qU＝mv2－mv02来求解；对于匀强电场，电场力做功也可以用W＝qEd来求解.(2)偏转运动：一般研究带电粒子在匀强电场中的偏转问题.对于类平抛运动可直接利用运动的规律以及推论；较复杂的曲线运动常用的方法来处理.2.匀强磁场中常见的运动类型(仅受磁场力作用)(1)匀速直线运动：当v∥B时，带电粒子以速度v做运动.(2)匀速圆周运动：当v⊥B时，带电粒子在垂直于磁感线的平面内以入射速度大小做运动.1212平抛运动的合成与分解匀速直线匀速圆周3.关于粒子的重力(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、金属块等一般应其重力.(2)不能直接判断是否要考虑重力的情况，在进行分析与运动分析时，根据运动状态可分析出是否要考虑重力.电场力考虑受力1.解题关键带电粒子在复合场中做什么运动，取决于带电粒子所受的及初始运动状态的速度，因此带电粒子的运动情况和受力情况的分析是解题的关键.2.力学规律的选择(1)当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，应根据列方程求解.(2)当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，往往同时应用牛顿第二定律和受力分析列方程联立求解.(3)当带电粒子在复合场中做非匀变速曲线运动时，应选用动能定理或能量守恒定律列方程求解.规律方法提炼合外力平衡条件高考题型1带电粒子在复合场中运动的实例分析内容索引NEIRONGSUOYIN高考题型2带电粒子在叠加场中的运动高考题型3带电粒子在组合场中的运动高考题型4带电粒子在周期性变化电场或磁场中的运动带电粒子在复合场中运动的实例分析题型：选择题：5年1考高考题型1例1(多选)(2018·江苏扬州市一模)如图1所示，导电物质为电子的霍尔元件样品置于磁场中，表面与磁场方向垂直，图中的1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端.当开关S1、S2闭合后，三个电表都有明显示数，下列说法正确的是A.通过霍尔元件的磁场方向向下B.接线端2的电势低于接线端4的电势C.仅将电源E1、E2反向接入电路，电压表的示数不变D.若适当减小R1、增大R2，则电压表示数一定增大图1√√√解析根据安培定则可知，磁场的方向向下，故A正确；通过霍尔元件的电流由接线端1流向接线端3，电子移动方向与电流的方向相反，由左手定则可知，电子偏向接线端2，所以接线端2的电势低于接线端4的电势，故B正确；当调整电路，由左手定则可知洛伦兹力方向不变，即2、4两接线端的电势高低关系不发生改变，故C正确；适当减小R1，电磁铁中的电流增大，产生的磁感应强度增大，而当增大R2，霍尔元件中的电流减小，所以霍尔电压如何变化不确定，即电压表示数变化不确定，故D错误.拓展训练1(多选)(2019·陕西宝鸡市高考模拟检测(二))医用回旋加速器的核心部分是两个D形金属盒，如图2所示，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连.现分别加速氘核()和氦核()并通过线束引出加速器.下列说法中正确的是A.加速两种粒子的高频电源的频率相同B.两种粒子获得的最大动能相同C.两种粒子在D形盒中运动的周期相同D.增大高频电源的电压可增大粒子的最大动能√图221H42He√解析回旋加速器加速粒子时，粒子在磁场中运动的周期和交流电的周期相同，否则无法加速.带电粒子在磁场中运动的周期T＝2πmqB，两粒子的比荷qm相等，所以周期相同，加速两种粒子的高频电源的频率也相同，故A、C正确；根据qvB＝mv2R，得v＝qBRm，两粒子的比荷qm相等，所以最大速度相等，最大动能Ek＝12mv2，两粒子的质量不等，所以最大动能不等，故B错误；最大动能Ek＝12mv2＝q2B2R22m，与加速电压无关，增大高频电源的电压不能增大粒子的最大动能，故D错误.带电粒子在叠加场中的运动题型：选择题：5年1考高考题型21.解题规范(1)叠加场的组成特点：电场、磁场、重力场两两叠加，或者三者叠加.(2)受力分析：正确分析带电粒子的受力情况，场力、弹力和摩擦力.(3)运动分析：匀速直线运动、匀速圆周运动、匀变速直线运动、类平抛运动、非匀变速曲线运动.(4)选规律，列方程：应用运动学公式、牛顿运动定律和功能关系.2.灵活选择运动规律(1)若只有两个场且正交，合力为零，则表现为匀速直线运动或静止状态.例如电场与磁场中满足qE＝qvB；重力场与磁场中满足mg＝qvB；重力场与电场中满足mg＝qE.(2)三场共存时，若合力为零，则粒子做匀速直线运动；若粒子做匀速圆周运动，则有mg＝qE，粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，即qvB＝m.(3)当带电粒子做复杂的曲线运动或有约束的变速直线运动时，一般用动能定理或能量守恒定律求解.v2r例2(2019·河南省九师联盟质检)如图3所示，竖直平面内有一直角坐标系xOy，x轴沿水平方向.第二、三象限有垂直于坐标平面向里的匀强磁场，与x轴成θ＝30°角的绝缘细杆固定在二、三象限；第四象限同时存在着竖直向上的匀强电场和垂直于坐标平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，一质量为m、电荷量为q的带电小球a穿在细杆上沿细杆匀速下滑，在N点脱离细杆恰能沿圆周轨道运动到x轴上的A点，且速度方向垂直于x轴.已知A点到坐标原点O的距离为l，小球a与绝缘细杆的动摩擦因数重力加速度为g，空气阻力忽略不计.求：(1)带电小球的电性及电场强度的大小E；图332μ＝34；qBm＝5πg6l，答案带正电mgq解析由带电小球a在第四象限内做圆周运动，知小球a所受电场力与其重力平衡且小球a所受电场力竖直向上，即mg＝qE，故小球a带正电，解得E＝mgq(2)第二、三象限里的磁场的磁感应强度大小B1；答案7mqg10πl解析带电小球a从N点运动到A点的过程中，洛伦兹力提供小球做圆周运动的向心力，设运动半径为R，有：qvB＝mv2R解得R＝l，v＝5πgl6由几何关系有R＋Rsinθ＝32l带电小球a在杆上匀速下滑时，由平衡条件有mgsinθ＝μ(qvB1－mgcosθ)解得B1＝7mqg10πl(3)当带电小球a刚离开N点时，从y轴正半轴距原点O为h＝的P点(图中未画出)以某一初速度水平向右平抛一个不带电的绝缘小球b，b球刚好在运动到x轴时与向上运动的a球相碰，则b球的初速度为多大？答案743gl10π20πl3解析带电小球a在第四象限内做匀速圆周运动的周期T＝2πRv＝26πl5g带电小球a第一次在第一象限从A点竖直上抛又返回到A点所用的时间为t0＝2vg＝10πl3g绝缘小球b平抛运动至x轴上的时间为t＝2hg＝210πl3g小球a从N点到A点所用时间为t1，则t1＝T3t故两球相碰有t＝T3＋n(t0＋T2)联立解得n＝1设绝缘小球b平抛的初速度为v0，则72R＝v0t解得v0＝743gl10π.拓展训练2(多选)(2019·山东济南市上学期期末)如图4所示，两竖直平行边界内，匀强电场方向竖直(平行纸面)向下，匀强磁场方向垂直纸面向里.一带负电小球从P点以某一速度垂直边界进入，恰好沿水平方向做直线运动.若增大小球从P点进入的速度但保持方向不变，则在小球进入的一小段时间内A.小球的动能减小B.小球的电势能减小C.小球的重力势能减小D.小球的机械能减小√图4√√解析带负电的小球做直线运动，共受到三个力作用：向下的重力G、向上的电场力F、向下的洛伦兹力F洛，这三个力都在竖直方向上，小球沿水平方向匀速运动，所以小球受到的合力一定是零，小球做匀速直线运动.当小球的入射速度增大时，洛伦兹力增大，电场力和重力不变，小球将向下偏转，电场力与重力的合力向上，且它们的合力对小球做负功，小球动能减小.电场力对小球做负功，小球的机械能减小，电势能增大.重力对小球做正功，重力势能减小，故A、C、D正确，B错误.带电粒子在组合场中的运动题型：选择题：5年2考高考题型31.两大偏转模型电偏转：带电粒子垂直进入匀强电场中；磁偏转：带电粒子垂直进入匀强磁场中.2.思维流程例3(2019·全国卷Ⅰ·24)如图5，在直角三角形OPN区域内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外.一带正电的粒子从静止开始经电压U加速后，沿平行于x轴的方向射入磁场；一段时间后，该粒子在OP边上某点以垂直于x轴的方向射出.已知O点为坐标原点，N点在y轴上，OP与x轴的夹角为30°，粒子进入磁场的入射点与离开磁场的出射点之间的距离为d，不计重力.求(1)带电粒子的比荷；图5答案4UB2d2解析设带电粒子的质量为m，电荷量为q，加速后的速度大小为v.由动能定理有qU＝12mv2①设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为r，洛伦兹力提供粒子做圆周运动的向心力，结合牛顿第二定律有qvB＝mv2r②由几何关系知d＝2r③联立①②③式得qm＝4UB2d2④(2)带电粒子从射入磁场到运动至x轴的时间.答案Bd24Uπ2＋33解析由几何关系知，带电粒子射入磁场后运动到x轴所经过的路程为s＝πr2＋rtan30°⑤带电粒子从射入磁场到运动至x轴的时间为t＝sv⑥联立②④⑤⑥式得t＝Bd24Uπ2＋33⑦拓展训练3(2019·山西临汾市二轮复习模拟)容器A中装有大量的质量、电荷量不同但均带正电的粒子，粒子从容器下方的小孔S1不断飘入加速电场(初速度可视为零)做直线运动，通过小孔S2后从两平行板中央沿垂直电场方向射入偏转电场.粒子通过平行板后沿垂直磁场方向进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场区域，最后打在感光片上，如图6所示.已知加速电场中S1、S2间的加速电压为U，偏转电场极板长为L，两板间距也为L，板间匀强电场强度E＝，方向水平向左(忽略板间外的电场)，平行板f的下端与磁场边界ab相交于点P，在边界ab上实线处固定放置感光片.测得从容器A中逸出的所有粒子均打在感光片P、Q之间，且Q距P的长度为3L，不考虑粒子所受重力与粒子间的相互作用，求：(1)粒子射入磁场时，其速度方向与边界ab间的夹角；2UL图6答案45°解析设质量为m，电荷量为q的粒子通过孔S2的速度为v0，则：qU＝12mv02粒子在平行板ef间：L＝v0t，vx＝qEmt，tanθ＝v0vx联立可以得到：tanθ＝1，则θ＝45°，故其速度方向与边界ab间的夹角为θ＝45°.(2)射到感光片Q处的粒子的比荷(电荷量q与质量m之比)；答案U2L2B2解析粒子在平行板中沿场强方向的位移x＝12vxt＝L2，故粒子从e板下端与水平方向成45°角斜向下射入匀强磁场，如图所示，设质量为m、电荷量为q的粒子射入磁场时的速度为v，做圆周运动的轨道半径为r，联立解得：qm＝U2L2B2.则v＝v02＋vx2＝2v0＝4qUm由几何关系：r2＋r2＝(4L)2，则r＝22L，则r＝mvqB(3)粒子在磁场中运动的最短时间.答案3πBL216U解析设粒子在磁场中运动的时间为t，则t＝θmqB，r＝mvqB＝2BmUq由几何关系知：r′2＋r′2＝L2，则r′＝22L联立可以得到：t＝θBr24U因为粒子在磁场中运动的偏转角θ＝32π，所以粒子打在P处时间最短，此时半径为r′，联立可得：t＝32πB×L224U＝3πBL216U.拓展训练4(2019·河南郑州市第二次质量预测)如图7所示，三块挡板围成截面边长L＝1.2m的等边三角形区域，C、P、Q分别是MN、AM和AN中点处的小孔，三个小孔处于同一竖直面内，MN水平，MN上方是竖直向下的匀强电场，场强E＝4×10－4N/C.三角形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B1；AMN以外区域有垂直纸面向外、磁感应强度大小为B