《全国2017年高二物理暑期作业复习方法策略16讲第13讲带电粒子在复合场中运动的处理技巧2017080324.wps》由会员分享，可在线阅读，更多相关《全国2017年高二物理暑期作业复习方法策略16讲第13讲带电粒子在复合场中运动的处理技巧2017080324.wps（22页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第 1313 讲 带电粒子在复合场中运动的处理技巧 高考热点 1带电粒子在叠加场中的运动 2带电粒子在组合场中的运动 一、带电粒子在叠加场中的运动 1正确进行受力分析，除重力、弹力、摩擦力外，要特别注意电场力和磁场力的分析 2正确判断物体的运动性质和运动形式，分析运动过程，如果出现临界状态，要分析临界条 件 3恰当灵活地运用动力学观点或能量观点进行分析，针对不同的问题灵活地选用，但必须弄 清各种规律的成立条件与适用范围 例 1 如图 1 所示，两块水平放置、相距为 d 的长金属板接在电压可调的电源上两板之间的 右侧区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场将喷墨打印机的喷口靠近上板下表面，从喷口连 续
2、不断喷出质量均为 m、水平速度均为 v0、带相等电荷量的墨滴调节电源电压至 U，墨滴在 电场区域恰能水平向右做匀速直线运动；进入电场、磁场共存区域后，最终垂直打在下板的 M 点 图 1 (1)判断墨滴所带电荷的种类，并求其电荷量； (2)求磁感应强度 B 的值； (3)现保持喷口方向不变，使其竖直下移到两板中间的位置为了使墨滴仍能到达下板 M 点， 应将磁感应强度调至 B，则 B的大小为多少？ 1 变式 (多选)如图 2 所示，竖直直线 MN 右侧存在竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的匀强 磁场，现有一质量 m0.01 kg、电荷 量 q0.01 C 的小球从 MN 左侧水平距离为 L0.4
3、m 的 A 点水平抛出，当下落距离是水平距离的一半时从 MN 上的 D 点进入电磁场，并恰好能做匀速圆 周运动，图中 C 点是圆周的最低点且 C 到 MN 的水平距离为 2L，不计空气阻力，g10 m/s2， 则( ) 图 2 A小球的初速度为 2 2 m/s B匀强电场的电场强度为 10 V/m C匀强磁场的磁感应强度为 B2 T D小球从 D 到 C 运动的时间为 0.1 s 方法提炼 带电粒子(带电体)在叠加场中运动的分析方法 1弄清叠加场的组成 2 2进行受力分析 3确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合 4画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律 (1)当带电粒子在叠加
4、场中做匀速直线运动时，根据受力平衡列方程求解 (2)当带电粒子在叠加场中做匀速圆周运动时，应用牛顿定律结合圆周运动规律求解 (3)当带电粒子做复杂曲线运动时，一般用动能定理或能量守恒定律求解 (4)对于临界问题，注意挖掘隐含条件 二、带电粒子在组合场中的运动 1将题目涉及的整个过程合理划分为若干阶段，找出各个阶段之间联系的物理量临界点或极 值点处的特殊性质 2画好情景示意图(运动过程图、受力分析图、状态变化图等)，有助于建立清晰有序的物理 过程和确立物理量间的关系 例 2 (2016江苏单科15)回旋加速器的工作原理如图 3 甲所示，置于真空中的 D 形金属盒 半径为 R，两盒间狭缝的间距为
5、d，磁感应强度为 B 的匀强磁场与盒面垂直，被加速粒子的质 2m 量为 m，电荷量为q，加在狭缝间的交变电压如图乙所示，电压值的大小为 U0.周期 T . qB T 一束该粒子在 t0 时间内从 A 处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零现考虑粒子在狭缝中 2 的运动时间，假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动，不考虑粒子间的相互作用求： 甲 乙 图 3 (1)出射粒子的动能 Em； (2)粒子从飘入狭缝至动能达到 Em所需的总时间 t0； (3)要使飘入狭缝的粒子中有超过 99%能射出，d 应满足的条件 3 例 3 (2015江苏单科15)一台质谱仪的工作原理如图 4 所示，电荷量均为q、质量
6、不同 的离子飘入电压为 U0的加速电场，其初速度几乎为零这些离子经加速后通过狭缝 O 沿着与磁 场垂直的方向进入磁感应强度为 B 的匀强磁场，最后打在底片上已知放置底片的区域 MNL， 2 1 且 OML.某次测量发现 MN 中左侧 区域 MQ 损坏，检测不到离子，但右侧 区域 QN 仍能正常检 3 3 测到离子在适当调节加速电压后，原本打在 MQ 的离子即可在 QN 检测到 图 4 (1)求原本打在 MN 中点 P 的离子质量 m； (2)为使原本打在 P 的离子能打在 QN 区域，求加速电压 U 的调节范围； (3)为了在 QN 区域将原本打在 MQ 区域的所有离子检测完整，求需要调节 U
7、 的最少次数(取 lg 20.301，lg 30.477，lg 50.699) 4 方法提炼 解决带电粒子在组合场中运动问题的思路方法 题组 1 带电粒子在复合场中的运动 1.如图 5 所示，某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场，电场方向水平向右，磁场方向垂直于 纸面向里，一带电微粒由a点进入电磁场并刚好沿ab直线向上运动，下列说法中正确的是( ) 图 5 A微粒一定带正电 B微粒动能一定减小 C微粒的电势能一定增加 D微粒的机械能一定增加 2(多选)磁流体发电是一项新兴技术，它可把气体的内能直接转化为电能，如图 6 所示是它 5 的示意图，平行金属板 A、C 之间有一很强的磁场，将一束等离子体
8、(即高温下电离的气体，含 有大量正、负带电离子)喷入磁场，两板间便产生电压现将 A、C 两极板与电阻 R 相连，两极 板间距离为 d，正对面积为 S，等离子体的电阻率为 ，磁感应强度为 B，等离子体以速度 v 沿垂直磁场方向射入 A、C 两板之间，则稳定时下列说法中正确的是( ) 图 6 A极板 A 是电源的正极 B电源的电动势为 Bdv BdvSR C极板 A、C 间电压大小为 RSd Bdv D回路中电流为 R 3.如图 7 所示，在水平地面上方有正交的匀强电场和匀强磁场，匀强电场方向竖直向下，匀强 磁场方向水平向里现将一个带正电的金属小球从 M 点以初速度 v0水平抛出，小球着地时的速
9、度为v1，在空中的飞行时间为t1.若将磁场撤除，其它条件均不变，那么小球着地时的速度为v2， 在空中飞行的时间为 t2.小球所受空气阻力可忽略不计，则关于 v1和 v2、t1和 t2的大小比较， 以下判断正确的是 ( ) 图 7 Av1v2，t1t2 Bv1v2，t1t2 Cv1v2，t1t2 Dv1v2，t1t2 4(多选)如图 8 所示，已知一带电小球在光滑绝缘的水平面上从静止开始经电压 U 加速后， 水平进入互相垂直的匀强电场 E 和匀强磁场 B 的复合场中(E 和 B 已知)，小球在此空间的竖直 面内做匀速圆周运动，则( ) 6 图 8 A小球可能带正电 1 B小球做匀速圆周运动的半径
10、为 r B 2UE g 2E C小球做匀速圆周运动的周期为 T Bg D若电压 U 增大，则小球做匀速圆周运动的周期增加 5如图 9 所示，竖直绝缘杆处于方向彼此垂直、大小为 E、B 的匀强电场和匀强磁场中，一个 质量为 m、带电荷量为q 的小球，从静止开始沿杆下滑，且与杆的动摩擦因数为，求： 小球速度为多大时，加速度最大？是多少？ 图 9 7 题组 2 带电粒子在组合场中的运动 6(多选)一个带电粒子以初速度 v0垂直于电场方向向右射入匀强电场区域，穿出电场后接着 又进入匀强磁场区域设电场区域和磁场区域有明确的分界线，且分界线与电场强度方向平行， 如下图中的虚线所示，在下图所示的几种情况中，
11、可能出现的是( ) 7.回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个 D 形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两 D 形金属盒处于垂直于盒面的匀强磁场中，如图 10所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列 说法中正确的是( ) 图 10 A减小磁场的磁感应强度 B增大匀强电场间的加速电压 C增大 D 形金属盒的半径 D减小狭缝间的距离 8(多选)在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷离子 P和 P3，经电压为 U 的电场加 速后，垂直进入磁感应强度大小为 B、方向垂直纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域，如图 11
12、8 所示已知离子 P在磁场中转过 30后从磁场右边界射出在电场和磁场中运动时，离 子 P和 P3( ) 图 11 A在电场中的加速度之比为 11 B在磁场中运动的半径之比为 31 C在磁场中转过的角度之比为 12 D离开电场区域时的动能之比为 13 9.如图 12所示，在 x 轴上方存在垂直纸面向里的磁感应强度为 B 的匀强磁场，x 轴下方存在垂 B 直纸面向外的磁感应强度为 的匀强磁场一带负电的粒子从原点 O 以与 x 轴成 30角斜向上 2 的速度 v 射入磁场，且在 x 轴上方运动半径为 R.则( ) 图 12 A粒子经偏转一定能回到原点 O B粒子在 x 轴上方和下方两磁场中运动的半径
13、之比为 21 2m C粒子完成一次周期性运动的时间为 3qB D粒子第二次射入 x 轴上方磁场时，沿 x 轴前进了 3R 10. (2016全国卷 15)现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图 13所 示，其中加速电压恒定质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口 离开磁场若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏 转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的 12倍此离子和质子的质量比约 为( ) 9 图 13 A11 B12 C121 D144 11如图 14所示，一个质量为 m、电荷量为 q 的正离子，在 D 处沿图
14、示方向以一定的速度射入 磁感应强度为 B 的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里结果离子正好从距 A 点为 d 的小孔 C 沿垂直于电场方向进入匀强电场，此电场方向与 AC 平行且向上，最后离子打在 G 处，而 G 处 距 A 点 2d(AGAC)不计离子重力，离子运动轨迹在纸面内求： 图 14 (1)此离子在磁场中做圆周运动的半径 r； (2)离子从 D 处运动到 G 处所需时间； (3)离子到达 G 处时的动能 10 11 第 13讲 带电粒子在复合场中运动的处理技巧 高考热点 1带电粒子在叠加场中的运动 2带电粒子在组合场中的运动 一、带电粒子在叠加场中的运动 1正确进行受力分析，除重力、弹
15、力、摩擦力外，要特别注意电场力和磁场力的分析 2正确判断物体的运动性质和运动形式，分析运动过程，如果出现临界状态，要分析临界条 件 3恰当灵活地运用动力学观点或能量观点进行分析，针对不同的问题灵活地选用，但必须弄 清各种规律的成立条件与适用范围 例 1 如图 1 所示，两块水平放置、相距为 d 的长金属板接在电压可调的电源上两板之间的 右侧区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场将喷墨打印机的喷口靠近上板下表面，从喷口连 续不断喷出质量均为 m、水平速度均为 v0、带相等电荷量的墨滴调节电源电压至 U，墨滴在 电场区域恰能水平向右做匀速直线运动；进入电场、磁场共存区域后，最终垂直打在下板的 M 点
16、图 1 (1)判断墨滴所带电荷的种类，并求其电荷量； (2)求磁感应强度 B 的值； (3)现保持喷口方向不变，使其竖直下移到两板中间的位置为了使墨滴仍能到达下板 M 点， 应将磁感应强度调至 B，则 B的大小为多少？ 12 变式 (多选)如图 2 所示，竖直直线 MN 右侧存在竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的匀强 磁场，现有一质量 m0.01 kg、电荷量 q0.01 C 的小球从 MN 左侧水平距离为 L0.4m 的 A 点水平抛出，当下落距离是水平距离的一半时从 MN 上的 D 点进入电磁场，并恰好能做匀速圆 周运动，图中 C 点是圆周的最低点且 C 到 MN 的水平距离为 2L，不计
17、空气阻力，g10 m/s2， 则( ) 图 2 A小球的初速度为 2 2 m/s B匀强电场的电场强度为 10 V/m C匀强磁场的磁感应强度为 B2 T D小球从 D 到 C 运动的时间为 0.1 s 方法提炼 带电粒子(带电体)在叠加场中运动的分析方法 1弄清叠加场的组成 13 2进行受力分析 3确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合 4画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律 (1)当带电粒子在叠加场中做匀速直线运动时，根据受力平衡列方程求解 (2)当带电粒子在叠加场中做匀速圆周运动时，应用牛顿定律结合圆周运动规律求解 (3)当带电粒子做复杂曲线运动时，一般用动能定理或能量
18、守恒定律求解 (4)对于临界问题，注意挖掘隐含条件 二、带电粒子在组合场中的运动 1将题目涉及的整个过程合理划分为若干阶段，找出各个阶段之间联系的物理量临界点或极 值点处的特殊性质 2画好情景示意图(运动过程图、受力分析图、状态变化图等)，有助于建立清晰有序的物理 过程和确立物理量间的关系 例 2 (2016江苏单科15)回旋加速器的工作原理如图 3 甲所示，置于真空中的 D 形金属盒 半径为 R，两盒间狭缝的间距为 d，磁感应强度为 B 的匀强磁场与盒面垂直，被加速粒子的质 2m 量为 m，电荷量为q，加在狭缝间的交变电压如图乙所示，电压值的大小为 U0.周期 T . qB T 一束该粒子在
19、 t0 时间内从 A 处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零现考虑粒子在狭缝中 2 的运动时间，假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动，不考虑粒子间的相互作用求： 甲 乙 图 3 (1)出射粒子的动能 Em； (2)粒子从飘入狭缝至动能达到 Em所需的总时间 t0； (3)要使飘入狭缝的粒子中有超过 99%能射出，d 应满足的条件 14 例 3 (2015江苏单科15)一台质谱仪的工作原理如图 4 所示，电荷量均为q、质量不同 的离子飘入电压为 U0的加速电场，其初速度几乎为零这些离子经加速后通过狭缝 O 沿着与磁 场垂直的方向进入磁感应强度为 B 的匀强磁场，最后打在底片上已知放置底片的区域
20、MNL， 2 1 且 OML.某次测量发现 MN 中左侧 区域 MQ 损坏，检测不到离子，但右侧 区域 QN 仍能正常检 3 3 测到离子在适当调节加速电压后，原本打在 MQ 的离子即可在 QN 检测到 图 4 (1)求原本打在 MN 中点 P 的离子质量 m； (2)为使原本打在 P 的离子能打在 QN 区域，求加速电压 U 的调节范围； (3)为了在 QN 区域将原本打在 MQ 区域的所有离子检测完整，求需要调节 U 的最少次数(取 lg 20.301，lg 30.477，lg 50.699) 15 方法提炼 解决带电粒子在组合场中运动问题的思路方法 题组 1 带电粒子在复合场中的运动 1
21、.如图 5 所示，某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场，电场方向水平向右，磁场方向垂直于 纸面向里，一带电微粒由a点进入电磁场并刚好沿ab直线向上运动，下列说法中正确的是( ) 图 5 A微粒一定带正电 B微粒动能一定减小 C微粒的电势能一定增加 D微粒的机械能一定增加 2(多选)磁流体发电是一项新兴技术，它可把气体的内能直接转化为电能，如图 6 所示是它 16 的示意图，平行金属板 A、C 之间有一很强的磁场，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含 有大量正、负带电离子)喷入磁场，两板间便产生电压现将 A、C 两极板与电阻 R 相连，两极 板间距离为 d，正对面积为 S，等离子体的电阻率为 ，
22、磁感应强度为 B，等离子体以速度 v 沿垂直磁场方向射入 A、C 两板之间，则稳定时下列说法中正确的是( ) 图 6 A极板 A 是电源的正极 B电源的电动势为 Bdv BdvSR C极板 A、C 间电压大小为 RSd Bdv D回路中电流为 R 3.如图 7 所示，在水平地面上方有正交的匀强电场和匀强磁场，匀强电场方向竖直向下，匀强 磁场方向水平向里现将一个带正电的金属小球从 M 点以初速度 v0水平抛出，小球着地时的速 度为v1，在空中的飞行时间为t1.若将磁场撤除，其它条件均不变，那么小球着地时的速度为v2， 在空中飞行的时间为 t2.小球所受空气阻力可忽略不计，则关于 v1和 v2、t
23、1和 t2的大小比较， 以下判断正确的是 ( ) 图 7 Av1v2，t1t2 Bv1v2，t1t2 Cv1v2，t1t2 Dv1v2，t1t2 4(多选)如图 8 所示，已知一带电小球在光滑绝缘的水平面上从静止开始经电压 U 加速后， 水平进入互相垂直的匀强电场 E 和匀强磁场 B 的复合场中(E 和 B 已知)，小球在此空间的竖直 面内做匀速圆周运动，则( ) 17 图 8 A小球可能带正电 1 B小球做匀速圆周运动的半径为 r B 2UE g 2E C小球做匀速圆周运动的周期为 T Bg D若电压 U 增大，则小球做匀速圆周运动的周期增加 5如图 9 所示，竖直绝缘杆处于方向彼此垂直、大
24、小为 E、B 的匀强电场和匀强磁场中，一个 质量为 m、带电荷量为q 的小球，从静止开始沿杆下滑，且与杆的动摩擦因数为，求： 小球速度为多大时，加速度最大？是多少？ 图 9 18 题组 2 带电粒子在组合场中的运动 6(多选)一个带电粒子以初速度 v0垂直于电场方向向右射入匀强电场区域，穿出电场后接着 又进入匀强磁场区域设电场区域和磁场区域有明确的分界线，且分界线与电场强度方向平行， 如下图中的虚线所示，在下图所示的几种情况中，可能出现的是( ) 7.回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个 D 形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过
25、狭缝时都能得到加速，两 D 形金属盒处于垂直于盒面的匀强磁场中，如图 10所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列 说法中正确的是( ) 图 10 A减小磁场的磁感应强度 B增大匀强电场间的加速电压 C增大 D 形金属盒的半径 D减小狭缝间的距离 8(多选)在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷离子 P和 P3，经电压为 U 的电场加 速后，垂直进入磁感应强度大小为 B、方向垂直纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域，如图 11 19 所示已知离子 P在磁场中转过 30后从磁场右边界射出在电场和磁场中运动时，离 子 P和 P3( ) 图 11 A在电场中的加速度之比为 11 B在磁场中运动的半径
26、之比为 31 C在磁场中转过的角度之比为 12 D离开电场区域时的动能之比为 13 9.如图 12所示，在 x 轴上方存在垂直纸面向里的磁感应强度为 B 的匀强磁场，x 轴下方存在垂 B 直纸面向外的磁感应强度为 的匀强磁场一带负电的粒子从原点 O 以与 x 轴成 30角斜向上 2 的速度 v 射入磁场，且在 x 轴上方运动半径为 R.则( ) 图 12 A粒子经偏转一定能回到原点 O B粒子在 x 轴上方和下方两磁场中运动的半径之比为 21 2m C粒子完成一次周期性运动的时间为 3qB D粒子第二次射入 x 轴上方磁场时，沿 x 轴前进了 3R 10. (2016全国卷 15)现代质谱仪可
27、用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图 13所 示，其中加速电压恒定质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口 离开磁场若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏 转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的 12倍此离子和质子的质量比约 为( ) 20 图 13 A11 B12 C121 D144 11如图 14所示，一个质量为 m、电荷量为 q 的正离子，在 D 处沿图示方向以一定的速度射入 磁感应强度为 B 的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里结果离子正好从距 A 点为 d 的小孔 C 沿垂直于电场方向进入匀强电场，此电场方向与 AC 平行且向上，最后离子打在 G 处，而 G 处 距 A 点 2d(AGAC)不计离子重力，离子运动轨迹在纸面内求： 图 14 (1)此离子在磁场中做圆周运动的半径 r； (2)离子从 D 处运动到 G 处所需时间； (3)离子到达 G 处时的动能 21 22