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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,磁场,第 八 章,第,25,讲带电粒子在复合场中运动,1/55,考纲要求,考情分析,命题趋势,1.带电粒子在复合场中运动,2.质谱仪和盘旋加速器等科技应用,全国卷，15,江苏卷，15,江苏卷，7,福建卷，22,四川卷，12,高考对本专题内容考查主要是以计算题形式考查带电粒子在复合场中运动，以选择题形式考查包括复合场科技应用问题，考查学生分析综合能力、理论联络实际能力.,2/55,栏目导航,板 块 一,板 块 二,板 块 三,板 块 四,3/55,1,带电粒子在复合场中运动,(1),复合场与组合场,复合场：电场、,_,、重力场共存，或其中某两场共存,组合场：电场与磁场各位于一定区域内，并不重合，或在同一区域，电场、磁场分时间段或分区域交替出现,考点带电粒子在复合场中运动,磁场,4/55,(2),三种场比较,mg,竖直向下,路径,重力势能,qE,相同,相反,路径,qU,电势能,qvB,左手,动能,5/55,(3),带电粒子在复合场中运动分类,静止或匀速直线运动,当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于静止状态或做,_,匀速圆周运动,当带电粒子所受重力与电场力大小,_,，方向,_,时，带电粒子在洛伦兹力作用下，在垂直于匀强磁场平面内做,_,运动,匀速直线运动,相等,相反,匀速圆周,6/55,较复杂曲线运动,当带电粒子所受合外力大小和方向均改变，且与初速度方向不在同一条直线上时，粒子做,_,变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线,分阶段运动,带电粒子可能依次经过几个情况不一样复合场区域，其运动情况随区域发生改变，其运动过程由几个不一样运动阶段组成,非匀,7/55,2,电场，磁场分区域应用实例,(1),质谱仪,结构：如图甲所表示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和摄影底片等组成,8/55,9/55,(2),盘旋加速器,结构：如图乙所表示，,D,1,、,D,2,是半圆形金属盒，,D,形盒缝隙处接交流电源，,D,形盒处于匀强磁场中,10/55,11/55,3,电场、磁场同区域并存实例,匀速直线,Bv,0,d,12/55,磁场方向,电势差,13/55,1,判断正误,(1),利用盘旋加速器能够将带电粒子速度无限制地增大,(,),(2),粒子能否经过速度选择器，除与速度相关外，还与粒子带电正负相关,(,),(3),磁流体发电机中，依据左手定则，能够确定正、负粒子偏转方向，从而确定正、负极或电势高低,(,),(4),带电粒子在复合场中受洛伦兹力情况下直线运动一定为匀速直线运动,(,),(5),质谱仪是一个测量带电粒子质量并分析同位素仪器,(,),14/55,2,(,多项选择,)(,带电粒子在复合场中匀速圆周运动,),如图所表示，一带电小球在一正交电场、磁场区域里做匀速圆周运动，电场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里，则以下说法正确是,(,),A,小球一定带正电,B,小球一定带负电,C,小球绕行方向为顺时针,D,改变小球速度大小，小球将不做圆周运动,BC,15/55,3,(,速度选择器,)(,安徽六安检测,),如图所表示，一束粒子,(,不计重力，初速度可忽略,),迟缓经过小孔,O,1,进入极板间电压为,U,水平加速电场区域,，再经过小孔,O,2,射入相互正交恒定匀强电场、磁场区域,，其中磁场方向如图所表示，磁感应强度大小可依据实际要求调整，搜集室小孔,O,3,与,O,1,、,O,2,在同一条水平线上则搜集室搜集到是,(,),A,含有特定质量和特定比荷粒子,B,含有特定速度和特定比荷粒子,C,含有特定质量和特定速度粒子,D,含有特定动能和特定比荷粒子,B,16/55,带电粒子在组合场中运动问题为高考热点，考查学生对带电粒子在先后出现,(,或交替出现,),电磁场中运动分析、性质判断及综累计算能力,1,是否考虑粒子重力三种情况,(1),对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力普通情况下与电场力或磁场力相比太小，能够忽略，而对于一些宏观物体，如带电小球、液滴、金属块等普通应该考虑其重力,一带电粒子在组合场中运动问题,17/55,(2),在题目中有明确说明是否要考虑重力，这种情况比较正规，也比较简单,(3),不能直接判断是否要考虑重力，在进行受力分析与运动分析时，要由分析结果确定是否要考虑重力,2,带电粒子在组合场中运动，要分段处理，对匀强电场中匀变速直线运动或类平抛运动，可由牛顿定律及运动学公式求解，对匀强磁场中匀速圆周运动，要结合几何知识，确定圆心及半径，从而确定磁感应强度和圆心角或时间，确定从电场进入磁场速度大小、方向及两场交界处轨迹几何关系，是处理问题关键,18/55,处理带电粒子在组合场中运动问题思绪方法,19/55,20/55,(1),若该粒子从,AC,边射出磁场，速度方向偏转了,60,，求初速度大小；,(2),若改变该粒子初速度大小，使之经过,y,轴负半轴某点,M,，求粒子从,B,点运动到,M,点最短时间,21/55,22/55,23/55,24/55,25/55,带电粒子在复合场中运动问题是历年高考命题热点，覆盖面大，综合性强，难度大，能力要求高，以计算题展现，有时也有选择题,1,带电粒子在复合场中无约束情况下运动主要是以下几个形式,二带电粒子在复合场中运动问题,复合场组成,可能运动形式,磁场、重力场并存,若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动,若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂曲线运动，因F洛不做功，故机械能守恒，由此可求解问题,26/55,2.,分阶段运动,带电粒子可能依次经过几个情况不一样复合场区域，其受力情况随区域发生改变，则其运动过程由几个不一样运动阶段组成,复合场组成,可能运动形式,电场、磁场并存(不计微观粒子重力),若电场力和洛伦兹力平衡则带电体做匀速直线运动,若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体做复杂曲线运动，因F洛不做功，可用动能定理求解问题,电场、磁场、重力场并存,若三力平衡，带电体一定做匀速直线运动,若重力与电场力平衡，带电体一定做匀速圆周运动,若协力不为零且与速度方向不垂直，带电体将做复杂曲线运动，因F洛不做功，可用能量守恒定律或动能定理求解问题,27/55,例,2,(,山东济宁、曲阜模拟,),如图所表示，空间区域,、,存在匀强电场和匀强磁场，,MN,、,PQ,为磁场区域理想边界，,区域高度为,d,，,区域高度足够大匀强电场方向竖直向上；,、,区域磁场磁感应强度均为,B,，方向分别垂直纸面向里和向外一个质量为,m,，电荷量为,q,带电小球从磁场上方,O,点由静止开始下落，进入电磁场区域后，恰能做匀速圆周运动已知重力加速度为,g,.,28/55,(1),试判断小球电性并求出电场强度,E,大小；,(2),若带电小球运动一定时间后恰能回到,O,点，在图中作出小球运动轨迹；求出释放时距,MN,高度,h,，并求出小球从开始释放到第一次回到,O,点所经历时间,t,；,(3),试讨论,h,取不一样值时，小球第一次穿出磁场,区域过程中电场力所做功,W,.,29/55,30/55,31/55,32/55,1,(,多项选择,),劳伦斯和利文斯设计出盘旋加速器，工作原理示意图如图所表示置于高真空中半径为,R,D,形金属盒中，两盒间狭缝很小，带电粒子穿过时间可忽略磁感应强度为,B,匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为,f,，加速电压为,U,.,若,A,处粒子源产生质子质量为,m,、电荷量为,q,，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力影响则以下说法正确是,(,),A,质子被加速后最大速度不可能超出,2,Rf,B,质子离开盘旋加速器时最大动能与加速电压,U,成正比,AC,33/55,34/55,2,医生做一些特殊手术时，利用电磁血流计来监测经过动脉血流速度电磁血流计由一对电极,a,和,b,以及磁极,N,和,S,组成，磁极间磁场是均匀使用时，两电极,a,、,b,均与血管壁接触，两触点连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所表示因为血液中正负离子随血液一起在磁场中运动，电极,a,、,b,之间会有微小电势差在到达平衡时，血管内部电场可看做是匀强电场，血液中离子所受电场力和磁场力协力为零在某次监测中，两触点间距离为,3.0 mm,，血管壁厚度可忽略，两触点间电势差为,160 V,，磁感应强度大小为,0.040 T,则血流速度近似值和电极,a,、,b,正负为,(,),A,1.3 m/s,，,a,正、,b,负,B,2.7 m/s,，,a,正、,b,负,C,1.3 m/s,，,a,负、,b,正,D,2.7 m/s,，,a,负、,b,正,A,35/55,36/55,3,(,广东广州质检,),如图甲所表示为一个质量为,m,、电荷量为,q,圆环，可在水平放置足够长粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为,B,匀强磁场中，不计空气阻力，现给圆环向右初速度,v,0,，在以后运动过程中，圆环运动速度图象可能是图乙中,(,),AD,37/55,解析：,带电圆环在磁场中受到向上洛伦兹力，当重力与洛伦兹力相等时，圆环将做匀速直线运动，,A,正确；当洛伦兹力大于重力时，圆环受到摩擦力作用，而且伴随速度减小而减小圆环将做加速度减小减速运动，最终做匀速直线运动，,D,正确；假如重力大于洛伦兹力，圆环也受摩擦力作用，且摩擦力越来越大，圆环将做加速度增大减速运动，故,B,、,C,错误,38/55,4,(,山东青岛调研,),如图所表示，空间某个复合场区域内存在着方向相互垂直匀强电场和匀强磁场质子由静止开始经一加速电场加速后，垂直于复合场界面进入并沿直线穿过场区，质子从复合场穿出时动能为,E,k,.,那么氘核一样由静止开始经同一加速电场加速后穿过同一复合场后动能,E,k,大小是,(,),A,E,k,E,k,B,E,k,E,k,C,E,k,，则以下说法中不正确是,(,),A,液滴一定做匀速直线运动,B,液滴一定带正电,C,电场线方向定斜向上,D,液滴有可能做匀变速直线运动,41/55,答题送检,来自阅卷名师汇报,错误,致错原因,扣分,A,、,B,、,C,没有注意洛伦兹力随速度改变而改变，对受力分析、物体平衡知识掌握不够牢靠,洛伦兹力大小、方向均与速度相关，当速度改变时洛伦兹力发生改变，协力发生改变，所以带电粒子在磁场中直线运动往往为匀速直线运动(除沿磁感线运动情况外)当带电粒子在重力场、电场、磁场并存空间中做直线运动时，重力、电场力和洛伦兹力协力必为零，粒子一定做匀速直线运动.,6,42/55,规范答题,解析,本题中带电液滴运动为匀速直线运动，不可能为匀变速直线运动，因为速度改变时洛伦兹力也改变，协力将不在虚线,L,上，液滴将不能沿虚线,L,做直线运动液滴受重力、电场力、洛伦兹力而做匀速直线运动，协力为零，可判断出洛伦兹力与电场力方向，判断出液滴只有带正电荷才可能协力为零而做匀速直线运动，此时电场线必斜向上,答案,D,43/55,例,2,(,江苏南京诊疗,6,分,),如图甲所表示是用来加速带电粒子盘旋加速器示意图，其关键部分是两个,D,形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连带电粒子在磁场中运动动能,E,k,随时间,t,改变规律如图乙所表示忽略带电粒子在电场中加速时间，则以下判断中正确是,(,),44/55,A,在,E,k,t,图象中应有,t,4,t,3,t,3,t,2,t,2,t,1,，,B,加速电压越大，粒子最终取得动能就越大,C,粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大,D,要想粒子取得最大动能增大，可增加,D,形盒面积,答题送检,来自阅卷名师汇报,错误,致错原因,扣分,A,、,B,、,C,错解1：误认为伴随粒子速率越来越大，粒子盘旋周期越来越小，错选A；,错解2：误认为粒子取得最大动能与加速电压相关，错选B；,错解3：误认为粒子加速次数越多，粒子取得动能越大，错选C,6,45/55,46/55,AC,47/55,48/55,AD,49/55,50/55,51/55,B,52/55,53/55,54/55,课时达标,55/55,
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