适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第10章磁场专题提升课14带电粒子在组合场和交变电磁场中的运动课件

这是一份适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第10章磁场专题提升课14带电粒子在组合场和交变电磁场中的运动课件，共35页。PPT课件主要包含了对点演练，审题指导等内容，欢迎下载使用。
专题概要:带电粒子在电场和磁场的组合场中运动,实际上是将粒子在电场中的加速和偏转,与粒子在磁场中偏转两种运动有效组合在一起。有效区别电偏转和磁偏转,寻找两种运动的联系和几何关系是解题的关键。当带电粒子连续通过几个不同的场区时,粒子的受力情况和运动情况也会发生相应的变化,其运动过程则由几种不同的运动阶段组成,需要逐段分析并选用合适规律和方法解决。
磁场与磁场的组合问题实质就是两个有界磁场中的圆周运动问题,带电粒子在两个磁场中的速度大小相同,但轨迹半径和运动周期往往不同。解题时要充分利用两段圆弧轨迹的衔接点与两圆心共线的特点,进一步寻找边角关系。
典例1.(2022广东东莞模拟)如图所示,虚线ab上方存在方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场Ⅰ,下方存在方向相同、磁感应强度大小为λB的匀强磁场Ⅱ,虚线ab为两磁场的分界线。M、O、N位于分界线上,O点为MN的中点。一电子从O点射入磁场Ⅰ,速度方向与分界线ab的夹角为30°,电子离开O点后依次经N、M两点回到O点。已知电子的质量为m,电荷量为e,重力不计,求:(1)λ的值;(2)电子从射入磁场到第一次回到O点所用的时间。
解析 (1)电子在磁场中的运动轨迹如图所示设电子在匀强磁场Ⅰ、Ⅱ中做匀速圆周运动的半径分别为R1、R2,根据电子在磁场中做匀速圆周运动有
(1)求带电粒子在左、右两磁场中运动的轨道半径;(2)求带电粒子在左、右两磁场中运动的周期;(3)经过多长时间,带电粒子经过P点?
带电粒子在电场和磁场的组合场中运动,实际上是将粒子在电场中的类平抛运动与在磁场中的匀速圆周运动组合在一起,找准临界状态、寻找两种运动的联系和几何关系是解题的关键。
典例2.(2021全国甲卷)如图,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。
(2)从P点处射入磁场,从两挡板下边缘Q射出磁场,此时半径最小,磁感应强度最大
从P点处射入磁场,从两挡板下边缘N射出磁场,此时半径最大,磁感应强度最小
规律方法 带电粒子在“电场+磁场”中运动问题的分析要点
对点演练2.如图所示,在平面直角坐标系xOy内有一直角三角形,其顶点坐标分别为(0,0), ,(d,0),三角形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B,x轴下方有沿着y轴负方向的匀强电场,电场强度大小为E。一质量为m、电荷量为-q的粒子从y轴上的某点M由静止释放,粒子第一次进入磁场后恰好不能从直角三角形的斜边射出,不计粒子重力。(1)求M点到O点的距离;(2)改变粒子在y轴上的释放点,使粒子由N点静止释放后最终能沿垂直于直角三角形斜边的方向射出磁场,求N点到O点的距离;(3)在(2)过程中,求粒子从N点由静止释放到射出磁场的运动时间。
解析 (1)设粒子在磁场中运动的轨迹半径为R0,由几何关系可知R0+2R0=d
(2)要使粒子由N点静止释放后能沿垂直于斜边的方向射出磁场,则粒子在磁场中运动轨迹的半径R满足:d=(2n+1)R(n=0,1,2,…)
解决交变电、磁场问题的基本思路
典例3.如图甲所示,虚线MN的左侧空间中存在竖直向上的匀强电场(上、下及左侧无边界)。一个质量为m、电荷量为q的带正电小球(视为质点),以大小为v0的水平初速度沿PQ向右做直线运动。若小球刚经过D点时(t=0),在电场所在空间叠加如图乙所示随时间周期性变化、垂直纸面向里的匀强磁场,使得小球再次通过D点时的速度方向与PQ连线成60°角。已知D、Q间的距离为( +1)L,t0小于小球在磁场中做圆周运动的周期,重力加速度大小为g。
(1)求电场强度E的大小。(2)求t0与t1的比值。(3)小球过D点后将做周期性运动,当小球运动的周期最大时,求此时磁感应强度的大小B0及运动的最大周期Tm。思维点拨 (1)小球受力平衡,通过平衡条件,可求出电场强度的大小。(2)画出运动轨迹,找出直线运动位移大小与匀速圆周运动轨迹半径的关系。(3)当小球运动轨迹最长,圆弧轨迹与MN相切时小球运动周期最大。
(3)当小球运动的周期最大时,其运动轨迹应与MN相切,小球运动一个周期的轨迹如图(b)所示
对点演练3.(2023四川巴中模拟)云室是显示能导致电离的粒子运动径迹的装置,其原理是离子经过饱和蒸汽时发生气体分子聚集成为雾滴从而显现出粒子运动的径迹。一种研究粒子运动径迹的云室的结构简图如图所示,在xOy平面直角坐标系中,有相互平行的极板A、极板B垂直于y轴,且关于x轴对称,极板长度和极板间距均为d,第一、第四象限有足够大的匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直于xOy平面向里,位于极板左侧的粒子源能源源不断地沿x轴向右发射速度相同、重力不计的α粒子(质量为4m,电荷量为+2e),在0到3t0的时间内,两极板间加上如图乙所示的电压(不考虑边缘效应的影响),已知t=0时刻进入两极板间的带电粒子其径迹显示恰在t0时刻经极板边缘射入磁场,上述m、e、d、t0、B皆为已知量,不考虑粒子间的相互影响及返回极板的情况。
(1)求电压U0的大小;(2)求 t0时进入两极板间的α粒子在磁场中的运动半径R;(3)α粒子在磁场中的运动时间最短时,求α粒子进入两板间的时刻t及粒子在磁场中的最短运动时间Δt。