《創(chuàng)新設(shè)計(jì)》(浙江專用)2016高考物理二輪復(fù)習(xí)專題三第8講帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動課件

1、第8講帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動1.(2014浙江理綜，25)離子推進(jìn)器是太空飛行器常用的動力系統(tǒng)。某種推進(jìn)器設(shè)計(jì)的簡化原理如圖1所示，截面半徑為R的圓柱腔分為兩個(gè)工作區(qū)。為電離區(qū)，將氙氣電離獲得1價(jià)正離子；為加速區(qū)，長度為L，兩端加有電壓，形成軸向的勻強(qiáng)電場。區(qū)產(chǎn)生的正離子以接近0的初速度進(jìn)入?yún)^(qū)，被加速后以速度vM從右側(cè)噴出。(1)求求區(qū)的加速電壓及離子的加速度大??；區(qū)的加速電壓及離子的加速度大??；(2)為取得好的電離效果，請判斷為取得好的電離效果，請判斷區(qū)中的磁場方向區(qū)中的磁場方向(按圖乙說按圖乙說明是明是“垂直紙面向里垂直紙面向里”或或“垂直紙面向外垂直紙面向外”)；(3)為為90時(shí)，要取

2、得好的電離效果，求射出的電子速率時(shí)，要取得好的電離效果，求射出的電子速率v的的范圍；范圍；(4)要取得好的電離效果，求射出的電子最大速率要取得好的電離效果，求射出的電子最大速率vmax與與角的角的關(guān)系。關(guān)系。2.(2015浙江理綜浙江理綜，25)使用回旋加速器的實(shí)驗(yàn)需要把離子束從加使用回旋加速器的實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)法速器中引出，離子束引出的方法有磁屏蔽通道法和靜電偏轉(zhuǎn)法等。質(zhì)量為等。質(zhì)量為m，速度為，速度為v的離子在回旋加速器內(nèi)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軌道的離子在回旋加速器內(nèi)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軌道是半徑為是半徑為r的圓，圓心在的圓，圓心在O點(diǎn)，軌道在垂直紙面向外

3、的勻強(qiáng)磁場點(diǎn)，軌道在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。為引出離子束，使用磁屏蔽通道法設(shè)計(jì)引出器。引出器原理如為引出離子束，使用磁屏蔽通道法設(shè)計(jì)引出器。引出器原理如圖圖3所示，一對圓弧形金屬板組成弧形引出通道，通道的圓心位所示，一對圓弧形金屬板組成弧形引出通道，通道的圓心位于于O點(diǎn)點(diǎn)(O點(diǎn)圖中未畫出點(diǎn)圖中未畫出)。引出離子時(shí)，令引出通道內(nèi)磁場的。引出離子時(shí)，令引出通道內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度降低，從而使離子從磁感應(yīng)強(qiáng)度降低，從而使離子從P點(diǎn)進(jìn)入通道，沿通道中心線點(diǎn)進(jìn)入通道，沿通道中心線從從Q點(diǎn)射出。已知點(diǎn)射出。已知OQ長度為長度為L，OQ與與OP的夾角為的夾角為。(1)求離子的

4、電荷量求離子的電荷量q并判斷其正負(fù)；并判斷其正負(fù)；(2)離子從離子從P點(diǎn)進(jìn)入，點(diǎn)進(jìn)入，Q點(diǎn)射出，通道內(nèi)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)降點(diǎn)射出，通道內(nèi)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)降為為B，求，求B；(3)換用靜電偏轉(zhuǎn)法引出離子束，維持通道內(nèi)的原有磁感應(yīng)強(qiáng)度換用靜電偏轉(zhuǎn)法引出離子束，維持通道內(nèi)的原有磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，在內(nèi)外金屬板間加直流電壓，兩板間產(chǎn)生徑向電場，忽略不變，在內(nèi)外金屬板間加直流電壓，兩板間產(chǎn)生徑向電場，忽略邊緣效應(yīng)。為使離子仍從邊緣效應(yīng)。為使離子仍從P點(diǎn)進(jìn)入，點(diǎn)進(jìn)入，Q點(diǎn)射出，求通道內(nèi)引出軌跡點(diǎn)射出，求通道內(nèi)引出軌跡處電場強(qiáng)度處電場強(qiáng)度E的方向和大小。的方向和大小。圖圖3主要題型：主要題型：選擇題

5、、計(jì)算題選擇題、計(jì)算題知識熱點(diǎn)知識熱點(diǎn)(1)帶電粒子在組合復(fù)合場中的受力分析及運(yùn)動分析。帶電粒子在組合復(fù)合場中的受力分析及運(yùn)動分析。(2)帶電粒子在疊加復(fù)合場中的受力分析及運(yùn)動分析。帶電粒子在疊加復(fù)合場中的受力分析及運(yùn)動分析。思想方法思想方法(1)模型法模型法(2)類比法類比法(3)整體法、隔離法整體法、隔離法(4)合成法、分合成法、分解法解法(5)對稱法對稱法考向一帶電粒子在組合場中的運(yùn)動考向一帶電粒子在組合場中的運(yùn)動核心知識核心知識 電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn) 規(guī)律方法規(guī)律方法1.做好做好“兩個(gè)區(qū)分兩個(gè)區(qū)分”(1)正確區(qū)分重力、電場力、洛倫茲力的大小、方向特點(diǎn)及做正確區(qū)分重力、電場力、洛倫茲

6、力的大小、方向特點(diǎn)及做功特點(diǎn)。功特點(diǎn)。(2)正確區(qū)分正確區(qū)分“電偏轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)”和和“磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)”的不同。的不同。2.抓住抓住“兩個(gè)技巧兩個(gè)技巧”(1)按照帶電粒子運(yùn)動的先后順序，將整個(gè)運(yùn)動過程劃分成不按照帶電粒子運(yùn)動的先后順序，將整個(gè)運(yùn)動過程劃分成不同特點(diǎn)的小過程。同特點(diǎn)的小過程。(2)善于畫出幾何圖形處理幾何關(guān)系，要有運(yùn)用數(shù)學(xué)知識處理善于畫出幾何圖形處理幾何關(guān)系，要有運(yùn)用數(shù)學(xué)知識處理物理問題的習(xí)慣。物理問題的習(xí)慣。圖圖4(1)求粒子經(jīng)過求粒子經(jīng)過y軸時(shí)的位置到原點(diǎn)軸時(shí)的位置到原點(diǎn)O的距離；的距離；(2)若要使粒子不能進(jìn)入第三象限，求磁感應(yīng)強(qiáng)度若要使粒子不能進(jìn)入第三象限，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的取值范

7、圍的取值范圍(不不考慮粒子第二次進(jìn)入電場后的運(yùn)動情況考慮粒子第二次進(jìn)入電場后的運(yùn)動情況)。圖圖5(1)粒子的初速度粒子的初速度v0；(2)電場強(qiáng)度電場強(qiáng)度E的大??；的大??；(3)粒子從粒子從A到到M點(diǎn)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間t。解析解析粒子運(yùn)動軌跡如圖所示，則粒子運(yùn)動軌跡如圖所示，則AOQ120且粒子從且粒子從D點(diǎn)出射時(shí)與點(diǎn)出射時(shí)與DT成成60角角1.運(yùn)動過程的分解方法運(yùn)動過程的分解方法(1)以以“場場”的邊界將帶電粒子的運(yùn)動過程分段；的邊界將帶電粒子的運(yùn)動過程分段；(2)分析每段運(yùn)動帶電粒子的受力情況和初速度，判斷粒子的分析每段運(yùn)動帶電粒子的受力情況和初速度，判斷粒子的運(yùn)動性質(zhì)；運(yùn)動性質(zhì)；(3)建立聯(lián)

8、系：前、后兩段運(yùn)動的關(guān)聯(lián)為帶電粒子過關(guān)聯(lián)點(diǎn)時(shí)建立聯(lián)系：前、后兩段運(yùn)動的關(guān)聯(lián)為帶電粒子過關(guān)聯(lián)點(diǎn)時(shí)的速度；的速度；(4)分段求解：根據(jù)題設(shè)條件，選擇計(jì)算順序。分段求解：根據(jù)題設(shè)條件，選擇計(jì)算順序。2.周期性和對稱性的應(yīng)用周期性和對稱性的應(yīng)用相鄰場問題大多具有周期性和對稱性，解題時(shí)一是要充分利相鄰場問題大多具有周期性和對稱性，解題時(shí)一是要充分利用其特點(diǎn)畫出帶電粒子的運(yùn)動軌跡，以幫助理順物理過程；用其特點(diǎn)畫出帶電粒子的運(yùn)動軌跡，以幫助理順物理過程；二是要注意周期性和對稱性對運(yùn)動時(shí)間的影響。二是要注意周期性和對稱性對運(yùn)動時(shí)間的影響?？枷蚨щ娏Ｗ釉诏B加復(fù)合場中的運(yùn)動核心知識核心知識規(guī)律方法規(guī)律方法1.帶

9、電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動的處理方法帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動的處理方法(1)弄清復(fù)合場的組成特點(diǎn)。弄清復(fù)合場的組成特點(diǎn)。(2)正確分析帶電粒子的受力及運(yùn)動特點(diǎn)。正確分析帶電粒子的受力及運(yùn)動特點(diǎn)。(3)畫出粒子的運(yùn)動軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動規(guī)律。畫出粒子的運(yùn)動軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動規(guī)律。2.結(jié)論結(jié)論若在疊加場中粒子做直線運(yùn)動，則一定是做勻速直線運(yùn)動，若在疊加場中粒子做直線運(yùn)動，則一定是做勻速直線運(yùn)動，重力、電場力和洛倫茲力的合力為零。重力、電場力和洛倫茲力的合力為零。1.如圖6所示，在空間中O點(diǎn)放一質(zhì)量為m，帶電荷量為q的微粒，過O點(diǎn)水平向右為x軸，豎直向下為y軸，MN為邊界線，上方存在水平向右的勻強(qiáng)

10、電場E，下方存在水平向左的勻強(qiáng)電場E和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場。OMh，若從靜止釋放此微粒，微粒一直沿直線OP穿過此區(qū)域，60。若在O點(diǎn)給它一沿x方向的初速度v0，它第一次經(jīng)過MN時(shí)，與MN交于C點(diǎn)。電場強(qiáng)度E和E大小未知，重力加速度為g。求：圖圖6(1)C點(diǎn)的坐標(biāo)；點(diǎn)的坐標(biāo)；(2)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。的大小。圖圖7(1)粒子剛從發(fā)射器射出時(shí)的初速度及粒子發(fā)射器粒子剛從發(fā)射器射出時(shí)的初速度及粒子發(fā)射器P的橫坐標(biāo)的橫坐標(biāo)x；(2)粒子從粒子源射出到返回第粒子從粒子源射出到返回第象限上升到最高點(diǎn)所用的總時(shí)間。象限上升到最高點(diǎn)所用的總時(shí)間。答案答案見解析見解析關(guān)注幾場疊加

11、，構(gòu)建運(yùn)動模型，優(yōu)選規(guī)律解題關(guān)注幾場疊加，構(gòu)建運(yùn)動模型，優(yōu)選規(guī)律解題第第1步：受力分析，關(guān)注幾場疊加步：受力分析，關(guān)注幾場疊加磁場、重力場并存，受重力和洛倫茲力；磁場、重力場并存，受重力和洛倫茲力；電場、磁場并存電場、磁場并存(不計(jì)重力的微觀粒子不計(jì)重力的微觀粒子)，受電場力和洛倫茲力；，受電場力和洛倫茲力；電場、磁場、電場、磁場、重力場并存，受電場力、洛倫茲力和重力。重力場并存，受電場力、洛倫茲力和重力。第第2步：運(yùn)動分析，典型運(yùn)動模型構(gòu)建步：運(yùn)動分析，典型運(yùn)動模型構(gòu)建受力平衡的勻速直線運(yùn)動，受力恒定的勻變速直線運(yùn)動，受力大受力平衡的勻速直線運(yùn)動，受力恒定的勻變速直線運(yùn)動，受力大小恒定且方向

12、指向圓心的勻速圓周運(yùn)動，受力方向變化復(fù)雜的曲小恒定且方向指向圓心的勻速圓周運(yùn)動，受力方向變化復(fù)雜的曲線運(yùn)動等。線運(yùn)動等。第第3步：選用規(guī)律，兩種觀點(diǎn)解題步：選用規(guī)律，兩種觀點(diǎn)解題帶電體做勻速直線運(yùn)動，則用平衡條件求解帶電體做勻速直線運(yùn)動，則用平衡條件求解(即二力或三力即二力或三力平衡平衡)；帶電體做勻速圓周運(yùn)動，應(yīng)用向心力公式或勻速圓帶電體做勻速圓周運(yùn)動，應(yīng)用向心力公式或勻速圓周運(yùn)動的規(guī)律求解；周運(yùn)動的規(guī)律求解；帶電體做勻變速直線或曲線運(yùn)動，應(yīng)帶電體做勻變速直線或曲線運(yùn)動，應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式求解；用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式求解；帶電體做復(fù)雜的曲線帶電體做復(fù)雜的曲線運(yùn)動，應(yīng)用能量守恒定

13、律或動能定理求解。運(yùn)動，應(yīng)用能量守恒定律或動能定理求解。高頻考點(diǎn)八帶電粒子在交變電磁場中的運(yùn)動問題1.解題思路解題思路2.方法技巧方法技巧帶電粒子在交變電、磁場中的運(yùn)動分析方法帶電粒子在交變電、磁場中的運(yùn)動分析方法(1)仔細(xì)分析并確定各場的變化特點(diǎn)及相應(yīng)的時(shí)間，其變化周仔細(xì)分析并確定各場的變化特點(diǎn)及相應(yīng)的時(shí)間，其變化周期一般與粒子在電場或磁場中的運(yùn)動周期相關(guān)聯(lián)。有一定的期一般與粒子在電場或磁場中的運(yùn)動周期相關(guān)聯(lián)。有一定的聯(lián)系，應(yīng)抓住變化周期與運(yùn)動周期之間的聯(lián)系作為解題的突聯(lián)系，應(yīng)抓住變化周期與運(yùn)動周期之間的聯(lián)系作為解題的突破口。破口。(2)必要時(shí)，可把粒子的運(yùn)動過程還原成一個(gè)直觀的運(yùn)動軌跡必要

14、時(shí)，可把粒子的運(yùn)動過程還原成一個(gè)直觀的運(yùn)動軌跡草圖進(jìn)行分析。草圖進(jìn)行分析。(3)把粒子的運(yùn)動分解成多個(gè)運(yùn)動階段分別進(jìn)行處理，根據(jù)每把粒子的運(yùn)動分解成多個(gè)運(yùn)動階段分別進(jìn)行處理，根據(jù)每一階段上的受力情況確定粒子的運(yùn)動規(guī)律。一階段上的受力情況確定粒子的運(yùn)動規(guī)律。(20分分)如圖如圖8甲所示，寬度為甲所示，寬度為d的豎直狹長區(qū)域內(nèi)的豎直狹長區(qū)域內(nèi)(邊界為邊界為L1、L2)，存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場和豎直方向上的周期性變，存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場和豎直方向上的周期性變化的電場化的電場(如圖乙所示如圖乙所示)，電場強(qiáng)度的大小為，電場強(qiáng)度的大小為E0，E0表示電場表示電場方向豎直向上。方向豎直向上。t0

15、時(shí)，一帶正電、質(zhì)量為時(shí)，一帶正電、質(zhì)量為m的微粒從左邊界的微粒從左邊界上的上的N1點(diǎn)以水平速度點(diǎn)以水平速度v射入該區(qū)域，沿直線運(yùn)動到射入該區(qū)域，沿直線運(yùn)動到Q點(diǎn)后，做點(diǎn)后，做一次完整的圓周運(yùn)動，再沿直線運(yùn)動到右邊界上的一次完整的圓周運(yùn)動，再沿直線運(yùn)動到右邊界上的N2點(diǎn)。點(diǎn)。Q為為線段線段N1N2的中點(diǎn)，重力加速度為的中點(diǎn)，重力加速度為g。上述。上述d、E0、m、v、g為已為已知量。知量。圖圖8(1)求微粒所帶電荷量求微粒所帶電荷量q和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；的大?。?2)求電場變化的周期求電場變化的周期T；(3)改變寬度改變寬度d，使微粒仍能按上述運(yùn)動過程通過相應(yīng)寬度的區(qū)域，使微粒仍能按上述運(yùn)動過程通過相應(yīng)寬度的區(qū)域，求求T的最小值。的最小值。審題流程審題流程第一步：抓住關(guān)鍵點(diǎn)第一步：抓住關(guān)鍵點(diǎn)獲取信息獲取信息答案答案見解析見解析圖圖9(1)求電荷進(jìn)入磁場時(shí)的速度大?。磺箅姾蛇M(jìn)入磁場時(shí)的速度大??；(2)求圖乙中求圖乙中t21