創(chuàng)新設(shè)計(jì)高考物理一輪復(fù)習(xí) 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)張 含詳解PPT課件

1、復(fù)合場(chǎng) 【思維驅(qū)動(dòng)】如圖8-3-1所示，一帶電小球在一正交電場(chǎng)、磁場(chǎng)區(qū)域里做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)方向豎直向下，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，則下列說(shuō)法正確的是()A小球一定帶正電B小球一定帶負(fù)電C小球的繞行方向?yàn)轫槙r(shí)針D改變小球的速度大小，小球?qū)⒉蛔鰣A周運(yùn)動(dòng)圖8-3-1 第1頁(yè)/共86頁(yè) 解析由于小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，有qEmg，電場(chǎng)力方向豎直向上，所以小球一定帶負(fù)電，故A錯(cuò)、B正確；洛倫茲力提供小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，由左手定則可判定小球繞行方向?yàn)轫槙r(shí)針，故C正確；改變小球速度大小，小球仍做圓周運(yùn)動(dòng)，D正確 答案BC第2頁(yè)/共86頁(yè)【知識(shí)存盤】復(fù)合場(chǎng)是指電場(chǎng)、 和重力場(chǎng)并存，或其中某兩場(chǎng)并存，或分區(qū)域存

2、在從場(chǎng)的復(fù)合形式上一般可分為如下四種情況：相鄰場(chǎng)；重疊場(chǎng)；交替場(chǎng)；交變場(chǎng).磁場(chǎng) 第3頁(yè)/共86頁(yè)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分類 【思維驅(qū)動(dòng)】(2013龍巖檢測(cè))圖8-3-2所示，空間存在相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)的方向豎直向下，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，一帶電油滴P恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)，則下列說(shuō)法正確的是()A若僅撤去磁場(chǎng)，P可能做勻加速直線運(yùn)動(dòng)B若僅撤去電場(chǎng)，P可能做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C若給P一初速度，P不可能做勻速直線運(yùn)動(dòng)D若給P一初速度，P可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)圖8-3-2 第4頁(yè)/共86頁(yè) 解析P處于靜止?fàn)顟B(tài)，帶負(fù)電荷，mgqE，若僅撤去磁場(chǎng)，P仍靜止，A錯(cuò)；僅撤去電場(chǎng)，P向下加速，同時(shí)受到洛倫

3、茲力，將做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，B錯(cuò)；給P一初速度，垂直磁場(chǎng)方向，因mgqE，P只受洛倫茲力作用，將做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)、D對(duì) 答案D第5頁(yè)/共86頁(yè)【知識(shí)存盤】1靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)：當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中所受合外力為零時(shí)，將處于 狀態(tài)或做 2勻速圓周運(yùn)動(dòng)：當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場(chǎng)力大小 ，方向 時(shí)，帶電粒子在洛倫茲力的作用下，在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)做 運(yùn)動(dòng)靜止勻速直線運(yùn)動(dòng) 相等 相反 勻速圓周 第6頁(yè)/共86頁(yè)3一般的曲線運(yùn)動(dòng)：當(dāng)帶電粒子所受合外力的大小和方向均變化，且與初速度方向不在同一條直線上，粒子做 變速曲線運(yùn)動(dòng)，這時(shí)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡既不是圓弧，也不是拋物線4分階段運(yùn)動(dòng)：帶電粒子可能依次通過幾

4、個(gè)情況不同的復(fù)合場(chǎng)區(qū)域，其運(yùn)動(dòng)情況隨區(qū)域發(fā)生變化，其運(yùn)動(dòng)過程由幾種不同的運(yùn)動(dòng)階段組成.非勻 第7頁(yè)/共86頁(yè)【思維驅(qū)動(dòng)】(2012海南卷，2)如圖8-3-3所示，在兩水平極板間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向下，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里一帶電粒子以某一速度沿水平直線通過兩極板若不計(jì)重力，下列四個(gè)物理量中哪一個(gè)改變時(shí)，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)改變 ()A粒子速度的大小 B粒子所帶的電荷量C電場(chǎng)強(qiáng)度 D磁感應(yīng)強(qiáng)度電場(chǎng)磁場(chǎng)同區(qū)域應(yīng)用實(shí)例 圖8-3-3第8頁(yè)/共86頁(yè) 解析粒子以某一速度沿水平直線通過兩極板，其受力平衡有EqBqv，則知當(dāng)粒子所帶的電荷量改變時(shí)，粒子所受的合力仍為0，運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)改變，故B

5、項(xiàng)正確 答案B第9頁(yè)/共86頁(yè) 【知識(shí)存盤】第10頁(yè)/共86頁(yè)第11頁(yè)/共86頁(yè)溫馨提示復(fù)合場(chǎng)中重力是否考慮的三種情況(1)對(duì)于微觀粒子，如電子、質(zhì)子、離子等，因?yàn)槠渲亓σ话闱闆r下與電場(chǎng)力或磁場(chǎng)力相比太小，可以忽略而對(duì)于一些實(shí)際物體，如帶電小球、液滴、金屬塊等，一般應(yīng)考慮其重力(2)在題目中明確說(shuō)明的按說(shuō)明要求是否考慮重力(3)不能直接判斷是否考慮重力的，在進(jìn)行受力分析與運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，要由分析結(jié)果確定是否考慮重力. 第12頁(yè)/共86頁(yè)考點(diǎn)一帶電粒子在分離復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)【典例1】 (2012課標(biāo)全國(guó)卷，25)如圖8-3-4所示，一半徑為R的圓表示一柱形區(qū)域的橫截面(紙面)在柱形區(qū)域內(nèi)加一方向垂直于

6、紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子沿圖中直線在圓上的a點(diǎn)射入柱形區(qū)域，在圓上的b點(diǎn)離開該區(qū)域，離開時(shí)速度方向與直線垂直圓心O到直線的距離為R.現(xiàn)將磁場(chǎng)換為平行于紙面且垂直于直線的勻強(qiáng)電場(chǎng)，同一粒子以同樣速度沿直線在a點(diǎn)射入柱形區(qū)域，也在b點(diǎn)離開該區(qū)域若磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，不計(jì)重力，求電場(chǎng)強(qiáng)度的大小 圖8-3-4 第13頁(yè)/共86頁(yè)第14頁(yè)/共86頁(yè)第15頁(yè)/共86頁(yè)第16頁(yè)/共86頁(yè)【變式跟蹤1】 如圖8-3-5所示，xOy為空間直角坐標(biāo)系，PQ與y軸正方向成30角在第四象限和第一象限的xOQ區(qū)域存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在POy區(qū)域存在足夠大的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)方向與PQ平行，一個(gè)

7、帶電荷量為q，質(zhì)量為m的帶電粒子從y軸上的A(0，L)點(diǎn)，平行于x軸方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，離開磁場(chǎng)時(shí)速度方向恰與PQ垂直，粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中經(jīng)時(shí)間t后再次經(jīng)過x軸，粒子重力忽略不計(jì)求：圖8-3-5 第17頁(yè)/共86頁(yè) (1)從粒子開始進(jìn)入磁場(chǎng)到剛進(jìn)入電場(chǎng)的時(shí)間t； (2)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小第18頁(yè)/共86頁(yè)第19頁(yè)/共86頁(yè) 借題發(fā)揮 1“電偏轉(zhuǎn)”和“磁偏轉(zhuǎn)”的比較第20頁(yè)/共86頁(yè)第21頁(yè)/共86頁(yè)2.求解帶電粒子在分離復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題的分析方法(1)正確受力分析，除重力、彈力、摩擦力外要特別注意靜電力和磁場(chǎng)力的分析(2)確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，注意運(yùn)動(dòng)情況和受力情況的結(jié)合(3)對(duì)于粒子連

8、續(xù)通過幾個(gè)不同區(qū)域、不同種類的場(chǎng)時(shí)，要分階段進(jìn)行處理(4)畫出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律第22頁(yè)/共86頁(yè) 3帶電粒子在分離復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題的求解方法第23頁(yè)/共86頁(yè)特別注意(1)多過程現(xiàn)象中的“子過程”與“子過程”的銜接點(diǎn)如一定要把握“銜接點(diǎn)”處速度的連續(xù)性(2)圓周與圓周運(yùn)動(dòng)的銜接點(diǎn)一要注意在“銜接點(diǎn)”處兩圓有公切線，它們的半徑重合第24頁(yè)/共86頁(yè) 備課札記 第25頁(yè)/共86頁(yè)考點(diǎn)二帶電粒子在疊加復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)【典例2】 如圖8-3-6所示的平行板之間，存在著相互垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B10.20 T，方向垂直紙面向里，電場(chǎng)強(qiáng)度E11.0105 V/m，P

9、Q為板間中線緊靠平行板右側(cè)邊緣xOy坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)，有一邊界線AO，與y軸的夾角AOy45，邊界線的上方有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B20.25 T，邊界線的下方有水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度E25.0105 V/m，在x軸上固定一水平的熒光屏一束帶電荷量q8.01019 C、質(zhì)量m8.01026 kg的第26頁(yè)/共86頁(yè) 正離子從P點(diǎn)射入平行板間，沿中線PQ做直線運(yùn)動(dòng)，穿出平行板后從y軸上坐標(biāo)為(0，0.4 m)的Q點(diǎn)垂直y軸射入磁場(chǎng)區(qū)，最后打到水平的熒光屏上的位置C.求：圖8-3-6 第27頁(yè)/共86頁(yè) (1)離子在平行板間運(yùn)動(dòng)的速度大??； (2)離子打到熒光屏上的位置C的坐標(biāo)

10、； (3)現(xiàn)只改變AOy區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，使離子都不能打到x軸上，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B2應(yīng)滿足什么條件？第28頁(yè)/共86頁(yè) 審題流程第29頁(yè)/共86頁(yè)圖甲 第30頁(yè)/共86頁(yè) 答案(1)5.0105 m/s(2)0.6 m(3)B20.3 T 圖乙 第31頁(yè)/共86頁(yè)圖8-3-7 第32頁(yè)/共86頁(yè) 線運(yùn)動(dòng)到達(dá)收集板重力加速度為g，PQ3d，NQ2d，收集板與NQ的距離為l，不計(jì)顆粒間相互作用求：(1)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大??； (2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。?(3)速率為v0(1)的顆粒打在收集板上的位置到O點(diǎn)的距離第33頁(yè)/共86頁(yè)第34頁(yè)/共86頁(yè)第35頁(yè)/共86頁(yè)借題發(fā)揮1帶電粒子(體)在復(fù)

11、合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題求解要點(diǎn)(1)受力分析是基礎(chǔ)在受力分析時(shí)是否考慮重力必須注意題目條件(2)運(yùn)動(dòng)過程分析是關(guān)鍵在運(yùn)動(dòng)過程分析中應(yīng)注意物體做直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)及圓周運(yùn)動(dòng)、類平拋運(yùn)動(dòng)的條件(3)構(gòu)建物理模型是難點(diǎn)根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)過程及物理模型選擇合適的物理規(guī)律列方程求解第36頁(yè)/共86頁(yè) 2帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的分析方法第37頁(yè)/共86頁(yè) 備課札記 第38頁(yè)/共86頁(yè)第39頁(yè)/共86頁(yè)圖8-3-8 第40頁(yè)/共86頁(yè) (1)t s時(shí)粒子速度的大小和方向； (2) s2 s內(nèi)，粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑； (3)畫出04 s內(nèi)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖；(要求：體現(xiàn)粒子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn))第41頁(yè)/共86頁(yè)a第4

12、2頁(yè)/共86頁(yè)第43頁(yè)/共86頁(yè)b答案見解析第44頁(yè)/共86頁(yè)第45頁(yè)/共86頁(yè) (1)第6秒內(nèi)小球離開斜面的最大距離 (2)第19秒內(nèi)小球未離開斜面，角的正切值應(yīng)滿足什么條件？圖8-3-9 第46頁(yè)/共86頁(yè)第47頁(yè)/共86頁(yè)第48頁(yè)/共86頁(yè) 借題發(fā)揮 帶電粒子在交變復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)將是今后高考命題的熱點(diǎn)，往往綜合考查牛頓運(yùn)動(dòng)定律、功能關(guān)系、圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律等第49頁(yè)/共86頁(yè) 帶電粒子在交變復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題的基本思路第50頁(yè)/共86頁(yè)特別提醒若交變電壓的變化周期遠(yuǎn)大于粒子穿越電場(chǎng)的時(shí)間，則在粒子穿越電場(chǎng)過程中，電場(chǎng)可看作粒子剛進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)刻的勻強(qiáng)電場(chǎng)第51頁(yè)/共86頁(yè) 備課札記 第52頁(yè)/共

13、86頁(yè)命題熱點(diǎn)12帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)命題專家評(píng)述考情分析2012年的全國(guó)各地的高考卷中對(duì)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的考查有7處，是高考的高頻考點(diǎn)高考題型：選擇題或計(jì)算題，計(jì)算題的機(jī)率大于選擇題命題趨勢(shì)預(yù)計(jì)在2014年高考中以生活、科技材料為背景，考查帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的受力和畫偏轉(zhuǎn)圖以及用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的綜合應(yīng)用等為主第53頁(yè)/共86頁(yè)閱卷老師叮嚀易失分點(diǎn)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題容易出現(xiàn)以下錯(cuò)誤：(1)忽略帶電粒子的重力，對(duì)于微觀粒子如：質(zhì)子、離子等，不考慮重力；液滴、塵埃、小球等宏觀帶電粒子常?？紤]重力(2)在疊加場(chǎng)中沒有認(rèn)識(shí)到洛倫茲力隨速度大小和方向的變化而變化，從而不能正

14、確地判斷粒子的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)(3)不能建立完整的運(yùn)動(dòng)圖景，畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡(4)不能正確地選擇相應(yīng)的公式列方程，如運(yùn)動(dòng)的分解、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、功能關(guān)系等第54頁(yè)/共86頁(yè)應(yīng)對(duì)策略帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題解題的兩條線索(1)力和運(yùn)動(dòng)的角度：根據(jù)帶電粒子所受的力，運(yùn)用牛頓第二定律并結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律求解運(yùn)用運(yùn)動(dòng)的合成與分解的方法，求解曲線運(yùn)動(dòng)問題(2)功能的角度根據(jù)場(chǎng)力及其他外力對(duì)帶電粒子做功引起的能量變化或全過程中的功能關(guān)系解決問題，這條線索不但適用于均勻場(chǎng)，也適用于非均勻場(chǎng)，因此要熟悉各種力做功的特點(diǎn). 第55頁(yè)/共86頁(yè)高考佐證(2012江蘇卷，15)如圖8-3-10所示，待測(cè)區(qū)域中存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻

15、強(qiáng)磁場(chǎng)，根據(jù)帶電粒子射入時(shí)的受力情況可推測(cè)其電場(chǎng)和磁場(chǎng)圖中裝置由加速器和平移器組成，平移器由兩對(duì)水平放置、相距為l的相同平行金屬板構(gòu)成，極板長(zhǎng)度為l、間距為d，兩對(duì)極板間偏轉(zhuǎn)電壓大小相等、電場(chǎng)方向相反質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子經(jīng)加速電壓U0加速后，水平射入偏轉(zhuǎn)電壓為U1的平移器，最終從A點(diǎn)水平射入待測(cè)區(qū)域不考慮粒子受到的重力第56頁(yè)/共86頁(yè)圖8-3-10 第57頁(yè)/共86頁(yè) (1)求粒子射出平移器時(shí)的速度大小v1； (2)當(dāng)加速電壓變?yōu)?U0時(shí)，欲使粒子仍從A點(diǎn)射入待測(cè)區(qū)域，求此時(shí)的偏轉(zhuǎn)電壓U； (3)已知粒子以不同速度水平向右射入待測(cè)區(qū)域，剛進(jìn)入時(shí)的受力大小均為F.現(xiàn)取水平向右為x軸正方向

16、，建立如圖所示的直角坐標(biāo)系Oxyz.保持加速電壓為U0不變，移動(dòng)裝置使粒子沿不同的坐標(biāo)軸方向射入待測(cè)區(qū)域，粒子剛射入時(shí)的受力大小如下表所示請(qǐng)推測(cè)該區(qū)域中電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小及可能的方向第58頁(yè)/共86頁(yè)第59頁(yè)/共86頁(yè)第60頁(yè)/共86頁(yè)第61頁(yè)/共86頁(yè)圖8-3-11第62頁(yè)/共86頁(yè) (1)求帶電微粒從電場(chǎng)中射出時(shí)的速度大小和方向； (2)帶電微粒進(jìn)入中間三角形區(qū)域后，要垂直打在AC邊上，則該區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1是多少？第63頁(yè)/共86頁(yè)第64頁(yè)/共86頁(yè)第65頁(yè)/共86頁(yè)一、帶電粒子在分離復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1粒子回旋加速器的工作原理如圖8-3-12所示，置于真空中的D形金屬盒的半徑為R

17、，兩金屬盒間的狹縫很小，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與金屬盒盒面垂直，高頻率交流電的頻率為f，加速電壓為U，若中心粒子源處產(chǎn)生的質(zhì)子質(zhì)量為m，電荷量為e，在加速器中被加速不考慮相對(duì)論效應(yīng)，則下列說(shuō)法正確的是()第66頁(yè)/共86頁(yè)圖8-3-12 第67頁(yè)/共86頁(yè)答案CD第68頁(yè)/共86頁(yè)圖8-3-13 第69頁(yè)/共86頁(yè) (1)兩金屬板間所加電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大?。?(2)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小第70頁(yè)/共86頁(yè)第71頁(yè)/共86頁(yè)3(2013廣東湛江測(cè)試)如圖8-3-14所示的平面直角坐標(biāo)系中，虛線OM與x軸成45角，在OM與x軸之間(包括x軸)存在垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在y軸

18、與OM之間存在豎直向下、電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，有一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為q的帶正電的粒子以某速度沿x軸正方向從O點(diǎn)射入磁場(chǎng)區(qū)域并發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不計(jì)帶電粒子的重力和空氣阻力，在帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)到第二次離開電場(chǎng)的過程中，求：第72頁(yè)/共86頁(yè)圖8-3-14 第73頁(yè)/共86頁(yè) (1)若帶電粒子從O點(diǎn)以速度v1進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域，求帶電粒子第一次離開磁場(chǎng)的位置到O點(diǎn)的距離 (2)若帶電粒子第二次離開電場(chǎng)時(shí)恰好經(jīng)過O點(diǎn)，求粒子最初進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度v的大小并討論當(dāng)v變化時(shí)，粒子第二次離開電場(chǎng)時(shí)的速度大小與v大小的關(guān)系第74頁(yè)/共86頁(yè)第75頁(yè)/共86頁(yè)第76頁(yè)/共86頁(yè)第77頁(yè)/共86頁(yè)第78頁(yè)/共86頁(yè)第79頁(yè)/共86頁(yè)二、帶電粒子在疊加復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)4如圖8-3-15所示，質(zhì)量為m，帶電荷量為q的微粒以速度v與水平方向成45角進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)