高考物理二輪復習 專題整合高頻突破 專題九 帶電粒子在組合、復合場中的運動課件.ppt

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,專題九 帶電粒子在組合、 復合場中的運動,-2-,知識脈絡梳理,-3-,規(guī)律方法導引,1.知識規(guī)律 (1)做好“兩個區(qū)分”。 ①正確區(qū)分重力、電場力、洛倫茲力的大小、方向及做功特點; ②正確區(qū)分“電偏轉”和“磁偏轉”的不同。 (2)抓住“兩個技巧”。 ①按照帶電粒子運動的先后順序,將整個運動過程劃分成不同特點的小過程; ②善于畫出幾何圖形處理幾何關系,要有運用數學知識處理物理問題的習慣。 2.思想方法 (1)物理思想:模型思想、分解思想、等效思想。 (2)物理方法:理想化模型法、分解法、對稱法、臨界法。,-4-,命題一,命題二,命題三,帶電粒子在組合場中的運動 主要以計算題的形式考查帶電粒子在組合場中的運動。所謂組合場就是電場、磁場、重力場在不同的空間或不同時間在同一空間存在的場。,-5-,例1(2015廣東深圳聯考)如圖所示,內圓半徑為r、外圓半徑為3r的圓環(huán)區(qū)域內有垂直紙面向里、磁感應強度為B的勻強磁場。圓環(huán)左側的平行板電容器兩板間電壓為U,靠近M板處靜止釋放質量為m、電荷量為q的正離子,經過電場加速后從N板小孔射出,并沿圓環(huán)直徑方向射入磁場,不計離子的重力,忽略平行板外的電場。求: (1)離子從N板小孔射出時的速率; (2)離子在磁場中做圓周運動的周期; (3)使離子不進入小圓區(qū)域,電壓U的取值范圍。,命題一,命題二,命題三,-6-,命題一,命題二,命題三,,-7-,思維導引,命題一,命題二,命題三,-8-,規(guī)律方法 帶電粒子在組合場中運動的處理方法 不論帶電粒子是先后在勻強電場和勻強磁場中運動,還是先后在勻強磁場和勻強電場中運動。解決方法如下: (1)分別研究帶電粒子在不同場中的運動規(guī)律,若垂直勻強磁場方向進入,則做勻速圓周運動;在勻強電場中,若速度方向與電場方向在同一直線上,則做勻變速直線運動,若進入電場時的速度方向與電場方向垂直,則做類平拋運動。根據不同的運動規(guī)律分別求解。 (2)帶電粒子經過磁場區(qū)域時利用圓周運動規(guī)律結合幾何關系來處理。 (3)注意分析磁場和電場邊界處或交接點位置粒子速度的大小和方向,把粒子在兩種不同場中的運動規(guī)律有機地聯系起來。,命題一,命題二,命題三,-9-,命題一,命題二,命題三,-10-,命題一,命題二,命題三,,-11-,命題一,命題二,命題三,-12-,帶電粒子在復合場中的運動 一般以計算題形式考查,經常結合平拋運動、圓周運動進行綜合考查;有時也結合受力考查運動規(guī)律。,命題一,命題二,命題三,-13-,例2如圖所示,位于豎直平面內的坐標系xOy,在其第三象限空間有垂直于紙面向外的勻強磁場,磁感應強度大小為B=0.5 T,還有沿x軸負方向的勻強電場,電場強度大小為 E=2 N/C。在其第一象限空間有沿y軸負方向的、電場強度大小也為E的勻強電場,并在yh=0.4 m 的區(qū)域有磁感應強度也為B的垂直于紙面向里的勻強磁場。一個電荷量為q的油滴從圖中第三象限的P點得到一初速度,恰好能沿PO做勻速直線運動(PO與x軸負方向的夾角為θ=45),并從原點O進入第一象限。已知重力加速度g取10 m/s2,問: (1)油滴在第三象限運動時受到的重力、 電場力、洛倫茲力三力的大小之比,并指 出油滴帶何種電荷; (2)油滴在P點得到的初速度大小; (3)油滴在第一象限運動的時間。,命題一,命題二,命題三,-14-,命題一,命題二,命題三,,-15-,命題一,命題二,命題三,-16-,思維導引,命題一,命題二,命題三,-17-,規(guī)律方法 帶電粒子在復合場中運動的處理方法 (1)弄清復合場的組成特點。 (2)正確分析帶電粒子的受力及運動特點。 (3)畫出粒子的運動軌跡,靈活選擇不同的運動規(guī)律。 ①若只有兩個場且正交。例如,電場與磁場中滿足qE=qvB或重力場與磁場中滿足mg=qvB或重力場與電場中滿足mg=qE,都表現為勻速直線運動或靜止,根據受力平衡方程求解。 ②三場共存時,合力為零,受力平衡,粒子做勻速直線運動。其中洛倫茲力F=qvB的方向與速度v垂直。,命題一,命題二,命題三,-18-,命題一,命題二,命題三,-19-,命題一,命題二,命題三,答案,解析,-20-,涉及復合場的技術應用 以計算題的形式進行考查,往往以電磁技術的應用為背景材料,聯系實際考查學生學以致用的能力,有時也以選擇題形式出現。 例3(2015浙江理綜)使用回旋加速器的實驗需要把離子束從加速器中引出,離子束引出的方法有磁屏蔽通道法和靜電偏轉法等。質量為m,速度為v的離子在回旋加速器內旋轉,旋轉軌道是半徑為r的圓,圓心在O點,軌道在垂直紙面向外的勻強磁場中,磁感應強度為B。 為引出離子束,使用磁屏蔽通道法設計引出器。引出器原理如圖所示,一對圓弧形金屬板組成弧形引出通道,通道的圓心位于O點(O點圖中未畫出)。引出離子時,令引出通道內磁場的磁感應強度降低,從而使離子從P點進入通道,沿通道中心線從Q點射出。已知OQ長度為L,OQ與OP的夾角為θ。,命題一,命題二,命題三,-21-,(1)求離子的電荷量q并判斷其正負; (2)離子從P點進入,Q點射出,通道內勻強磁場的磁感應強度應降為B,求B; (3)換用靜電偏轉法引出離子束,維持通道內的原有磁感應強度B不變,在內外金屬板間加直流電壓,兩板間產生徑向電場,忽略邊緣效應。為使離子仍從P點進入,Q點射出,求通道內引出軌跡處電場強度E的方向和大小。,命題一,命題二,命題三,-22-,命題一,命題二,命題三,,-23-,命題一,命題二,命題三,-24-,思維導引,命題一,命題二,命題三,-25-,規(guī)律方法 對此類問題的分析首先要掌握好涉及復合場的科技應用模型:速度選擇器、電磁流量計、磁流體發(fā)電機、回旋加速器、質譜儀、霍爾效應,然后結合具體問題進行模型的遷移應用,同時又要注意是否存在一定的變化,做到具體問題具體分析。,命題一,命題二,命題三,-26-,命題一,命題二,命題三,-27-,命題一,命題二,命題三,,-28-,命題一,命題二,命題三,-29-,,1,2,3,4,-30-,,1,2,3,4,-31-,,1,2,3,4,-32-,2.如圖所示,某一真空室內充滿豎直向下的勻強電場E,在豎直平面內建立坐標系xOy,在y0的空間內,將一質量為m的帶電液滴(可視為質點)自由釋放,此液滴則沿y軸的負方向、以加速度a=2g(g為重力加速度)做勻加速直線運動,當液滴運動到坐標原點時,被安置在原點的一個裝置瞬間改變了帶電性質(液滴所帶電荷量和質量均不變),隨后液滴進入y0的空間運動。液滴在y0的空間內運動的過程中( ) A.重力勢能一定不斷減小 B.電勢能一定先減小后增大 C.動能不斷增大 D.動能保持不變,答案,解析,1,2,3,4,-33-,1,2,3,4,答案,解析,-34-,4.(2015“五市十校教研教改共同體”聯考)如圖所示,M、N為兩塊帶等量異種電荷的平行金屬板,兩板間電壓可取從零到某一最大值之間的各種數值。靜止的帶電粒子帶電荷量為+q,質量為m(不計重力),從點P經電場加速后,從小孔Q進入N板右側的勻強磁場區(qū)域,磁感應強度大小為B,方向垂直于紙面向外,CD為磁場邊界上的一絕緣板,它與N板的夾角為θ=45,孔Q到板的下端C的距離為L,當M、N兩板間電壓取最大值時,粒子恰垂直打在CD板上,求: (1)兩板間電壓的最大值Um; (2)CD板上可能被粒子打中區(qū)域的長度s。(答案可以用根式表示),答案,解析,1,2,3,4,-35-,怎樣得高分,-36-,怎樣得高分,,-37-,怎樣得高分,思維流程,-38-,怎樣得高分,-39-,怎樣得高分,-40-,怎樣得高分,以題說法 本題屬于帶電粒子在周期性電磁場中的運動問題,分析此類問題要注意: (1)若交變電壓的變化周期遠大于粒子穿越電場的時間或粒子穿越電場的時間極短可忽略時,則粒子在穿越電場的過程中,電場可看作勻強電場。 (2)空間存在的電場或磁場是隨時間周期性變化的,一般呈現“矩形波”的特點。交替變化的電場及磁場會使帶電粒子順次歷經不同特點的電場或磁場或疊加場,從而表現出“多過程”現象。其運動特點既復雜又隱蔽。分析時應該注意以下三點:①仔細分析并確定各場的變化特點及相應的時間,其變化周期一般與粒子在電場或磁場中的運動周期相關聯。有一定的聯系,應抓住變化周期與運動周期之間的聯系作為解題的突破口;②必要時,可把粒子的運動過程還原成一個直觀的運動軌跡草圖進行分析;③把粒子的運動分解成多個運動階段分別進行處理,根據每一階段上的受力情況確定粒子的運動規(guī)律。,-41-,怎樣得高分,-42-,怎樣得高分,,-43-,怎樣得高分,-44-,怎樣得高分,