2022届二轮复习 专题四第2课时　带电粒子在复合场中的运动 课件（64张）

这是一份2022届二轮复习 专题四第2课时　带电粒子在复合场中的运动 课件（64张），共60页。PPT课件主要包含了必备知识链接，规律方法回扣，高考题型，专题限时训练，限时40分钟等内容，欢迎下载使用。
本专题主要解决带电粒子在电场和磁场中运动的综合问题，掌握带电粒子在复合场中运动问题的分析思路和方法。
回旋加速器、质谱仪等带电粒子在复合场中运动的实例分析；带电粒子在叠加场中的运动；带电粒子在组合场中的运动；带电粒子在周期性变化电场或磁场中的运动。
本专题选择题和计算题都有可能命题，选择题一般考查质谱仪和回旋加速器的原理、粒子在复合场中运动的简单分析，题目相对简单；计算题考查带电粒子在复合场中运动的多过程问题，是带电粒子在电场和磁场中运动的组合问题，综合性强，难度较大。
1.电场中常见的运动类型
(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平抛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。
(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、金属块等一般应考虑其重力。(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。
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。
(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。
高考题型2　带电粒子在叠加场中的运动
高考题型1　带电粒子在复合场中运动的实例分析
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
【例1】 (多选) (2021·福建泉州市4月质量监测)如图1，电磁流量计的测量管横截面直径为D，在测量管的上下两个位置固定两金属电极a、b，整个测量管处于水平向里的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。当含有正、负离子的液体从左向右匀速流过测量管时，连在两个电极上的显示器显示的流量为Q(单位时间内流过的液体体积)，下列说法正确的是(　　)
【拓展训练1】 (2021·河北省普通高中学业水平选择性考试，5)如图2，距离为d的两平行金属板P、Q之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为B1，一束速度大小为v的等离子体垂直于磁场喷入板间。相距为L的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀
强磁场中，磁感应强度大小为B2，导轨平面与水平面夹角为θ，两导轨分别与P、Q相连。质量为m、电阻为R的金属棒ab垂直导轨放置，恰好静止。重力加速度为g，不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力。下列说法正确的是(　　)
(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。
【例2】 (多选) (2021·广东六校第三次联考)如图3所示，空间中存在水平方向的匀强电场和匀强磁场，电场方向水平向左，磁场方向垂直纸面向里。一带电小球恰能以速度v0做直线运动，其轨迹如图虚线所示，虚线与水平方向成30°角，小球最终穿过一轴线沿小球运动方向且固定摆放的光滑绝缘管道(管道内径略大于小球直径)，下列说法正确的是(　　)
【拓展训练2】 (多选) (2021·广西桂林市秀峰区第一次联合调研)如图4所示，竖直平行金属板M、N上加有电压U，N板的右侧有正交的匀强电场和匀强磁场，匀强电场方向竖直向下、电场强度大小为E，匀强磁场方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为B。在M板附近有一粒子源，释放初速度为零的带电粒子，这些粒子经电场加速后进入正交的电、磁场中，都恰能做匀速直线运动，不计粒子的重力和粒子间的相互影响，下列判断正确的是(　　)
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。
【例3】 (2021·1月辽宁普通高校招生适应性测试，15)如图5所示，在第一、四象限的0.5d≤y≤1.5d和－1.5d≤y≤－0.5d区域内存在磁感应强度大小可调、方向相反的匀强磁场；在第二、三象限内存在沿y轴负方向的匀强电场。带电粒子以速度v0从点P(－4d，1.5d)沿x轴正方向射出，恰好从O点离开电场。已知带电粒子的质量为m、电荷量为q(带正电)，不计粒子的重力。
(1)求匀强电场的电场强度大小E；(2)若磁感应强度大小均为B1时，粒子在磁场中的运动轨迹恰好与直线y＝－1.5d相切，且第一次离开第四象限时经过x轴上的S点(图中未画出)，求B1；(3)若磁感应强度大小均为B2时，粒子离开O点后，经n(n＞1)次磁偏转仍过第(2)问中的S点。求B2与B1的比值，并确定n的所有可能值。
【拓展训练3】 (2021·全国甲卷，25)如图6，长度均为l的两块挡板竖直相对放置，间距也为l，两挡板上边缘P和M处于同一水平线上，在该水平线的上方区域有方向竖直向下的匀强电场，电场强度大小为E；两挡板间有垂直纸面向外、磁感应强度大小可调节的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子自电场中某处以大小为v0的速度水平向右发射，恰好从P点处射入磁场，从两挡板下边缘Q和N之间射出磁场，运动过程中粒子未与挡板碰撞。已知粒子射入磁场时的速度方向与PQ的夹角为60°，不计重力。
(1)求粒子发射位置到P点的距离；(2)求磁感应强度大小的取值范围；(3)若粒子正好从QN的中点射出磁场，求粒子在磁场中的轨迹与挡板MN的最近距离。
解析　(1)带电粒子在电场中做类平抛运动，设粒子经过P点的速度在水平方向和竖直方向的分速度分别为vx和vy，运动至P点所用时间为t，加速度大小为a，有qE＝ma，
变化的电场或磁场往往具有周期性，粒子的运动也往往具有周期性。这种情况下要仔细分析带电粒子的运动过程、受力情况，弄清楚带电粒子在变化的电场、磁场中各处于什么状态，做什么运动，画出一个周期内的运动轨迹的草图。
【例4】 (2021·山东青岛市黄岛区期末)如图7甲所示的坐标系中，在x轴上方的区域内存在着如图乙所示周期性变化的电场和磁场，交变电场的电场强度大小为E0，交变磁场的磁感应强度大小为B0，取x轴正方向为电场的正方向，取垂直纸面向外为磁场的正方向。在t＝0时刻，将一质量为m，带电荷量为q，重力不计的带正电粒子，从y轴上A点由静止释放。粒子经过电场加速和磁场偏转后垂直打在x轴上。求：
(1)粒子第一次在磁场中运动的半径；(2)粒子打在x轴负半轴上距O点的最小距离；(3)起点A与坐标原点间的距离d应满足的条件；(4)粒子打在x轴上的位置与坐标原点O的距离跟粒子加速和偏转次数n的关系。
解析　(1)粒子第一次进入电场中qE0＝ma，v1＝at0
(2)可知粒子经2次加速和偏转后打在x轴负半轴上距O点的距离最小，如图所示
第二次加速的位移Δs2＝3Δx1
(3)分析带电粒子运动，如图所示
可知A与坐标原点间的距离d应满足
(4)由上图知，若粒子经过n次加速和偏转后打在x轴上，则与坐标原点O的距离
1.(多选)[2021·湖北七市(州)教科研协作体3月联考]智能手机中的电子指南针利用了重力传感器和霍尔元件来确定地磁场的方向。某个智能手机中固定着一个矩形薄片霍尔元件，四个电极分别为E、F、M、N，薄片厚度为h，在E、F间通入恒定电流I、同时外加与薄片垂直的匀强磁场B，M、N间的电压为UH，已知半导体薄片中的载流子为正电荷，电流与磁场的方向如图1所示，下列说法正确的是(　　)
A.N板电势高于M板电势B.磁感应强度越大，UH越大C.增加薄片厚度h，UH增大D.将磁场和电流分别反向，N板电势低于M板电势
2.(2021·1月广东学业水平选择考适应性测试，13)如图2所示，M、N两金属圆筒是直线加速器的一部分，M与N的电势差为U；边长为2L的立方体区域abcda′b′c′d′内有竖直向上的匀强磁场。一质量为m、电荷量为＋q的粒子，以初速度v0水平进入圆筒M左侧的小孔。粒子在每个筒内
均做匀速直线运动，在两筒间做匀加速直线运动。粒子自圆筒N出来后，从正方形add′a′的中心垂直进入磁场区域，最后由正方形abb′a′中心垂直飞出磁场区域，忽略粒子受到的重力。求：
(1)粒子进入磁场区域时的速率；(2)磁感应强度的大小。
解析　(1)粒子在电场中加速，由动能定理可得
(1)求区域Ⅰ内磁场的磁感应强度大小B；(2)求粒子离开区域Ⅱ时的位置坐标；(3)若粒子进入区域Ⅲ后刚好沿右边界垂直穿过x轴，求区域Ⅲ的宽度L′和磁感应强度的大小B′分别为多少？
(1)匀强电场场强E和E′的大小和圆形磁场区域的磁感应强度B的大小；(2)粒子从M点运动到N点所用的时间。
(1)加速电场U1大小；(2)要使粒子打到荧光屏上MN之间，圆形区域内的磁场B范围。
(2)粒子沿半径方向射出磁场，作出粒子分别打到荧光屏上M和N点的运动轨迹，圆心分别为O1和O2，轨迹圆的半径分别为R1和R2