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1、第2讲 带电粒子在复合场中的运动,网络构建,备考策略,1.必须领会的“三种方法”和“两种物理思想” (1)对称法、合成法、分解法。 (2)等效思想、分解思想。 2.做好“两个区分”，谨防解题误入歧途 (1)正确区分重力、电场力、洛伦兹力的大小、方向特点及做功特点。 (2)正确区分“电偏转”和“磁偏转”的不同。 3.抓住“两个技巧”，做到解题快又准 (1)按照带电粒子运动的先后顺序，将整个运动过程划分成不同阶段的小过程。 (2)善于利用几何图形处理边角关系，要有运用数学知识处理物理问题的习惯。,带电粒子在复合场中的运动,带电粒子在组合场中的运动,【典例1】 (2019温州模拟)如图1所示，在xO
2、y平面直角坐标系的MNPQ矩形区域内分布着四个有界矩形匀强磁场、，其内磁感应强度均垂直坐标平面，且大小相等，磁场的边界位置坐标及方向均在图中标出。一带负电的粒子从坐标原点处沿y轴正方向以kv0的速度射入，请解决以下问题。,图1,(说明：d、v0为已知量，k为正整数，取3。粒子重力及空气阻力不计。若用到以下角度的三角函数值可取为sin 450.7、sin 530.8、sin 600.9) (1)若k1，则粒子从坐标为(0.5d，0)的位置离开磁场，求粒子从进入到离开磁场的过程中运行的平均速度； (2)若k5，请求出粒子离开MNPQ区域的位置坐标，并计算粒子在MNPQ区域运行的总时间； (3)在k
3、5的情况下，沿y轴平移场区、的位置可改变粒子运行的时间(平移后场区不重叠)。平移后，要使粒子仍从(2)问中的位置离开MNPQ区域，试判断粒子运行的时间是变长还是变短，并求出时间变化量的极值。,所以，粒子出场的位置坐标为(0，6d)，如图甲所示,(3)粒子半径不变，在磁场中运行时间不变，直线距离变长，总时间变长。 设将区域、分别向中央移动距离y，如图乙所示，则粒子向x方向的偏移量 x2R(1cos )ytan ,带电粒子在叠加场中的运动,【典例2】 (2019浙江奉化适应性考试)如图2所示，平面OM和水平面ON之间的夹角为30，两平面之间同时存在匀强磁场和匀强电场，匀强磁场的磁感应强度大小为B，
4、方向垂直纸面向外；匀强电场的方向竖直向上。一带电小球的质量为m，电荷量为q，沿竖直平面以大小为v0的初速度从平面OM上的某点沿左上方射入磁场，速度方向与OM成30角，带电小球进入磁场后恰好做匀速圆周运动。已知带电小球在磁场中的运动轨迹与ON恰好相切，且带电小球能从OM上另一点P射出磁场(P未画出)。,图2 (1)判断带电小球带何种电荷？所加电场的电场强度E为多大？ (2)求出射点P到两平面交点O的距离s； (3)带电小球离开磁场后继续运动，能打在左侧竖直的光屏OO上的T点，求T点到O点的距离s。,解析 (1)根据题意，带电小球受到的电场力与重力平衡，则带电小球带正电荷。 由力的平衡条件得qEm
5、g,(3)带电小球从P点离开磁场后做平抛运动，设其竖直位移为y，水平位移为x，运动时间为t。,带电粒子在交变场中的周期性运动,(1)在磁场中运动时距x轴的最大距离； (2)连续两次通过电场边界MN所需的时间； (3)最终打在挡板上的位置到电场边界MN的垂直距离。,图3,解得半径R0.2 m,粒子在磁场中运动时，到x轴的最大距离ym2R0.4 m。 (2)如图甲所示，粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期,时间内做匀速圆周运动至A点，接着沿y方向做匀速直线运动直至电场边界C点，,粒子从C点减速至D再反向加速至C所需的时间,第二种可能是，由C点先沿y方向运动至A点开始做匀速圆周运动一圈半后，从G点沿y方
6、向做匀速直线运动至MN，所需时间为,分析带电粒子在复合场中的运动的注意事项 (1)准确划分带电粒子运动过程中的不同运动阶段、不同运动形式，以及不同运动阶段、不同运动形式之间的转折点和临界点，只有明确粒子在某一阶段的运动形式后，才能确定解题所用到的物理规律。 (2)分析带电粒子在交变电场或磁场中的运动轨迹时，还要注意对称性的灵活应用。,1.(2019浙江台州高三选考模拟)(多选)如图4所示为磁流体发电机的原理图。金属板M、N之间的距离为d20 cm，磁场的磁感应强度大小为B5 T，方向垂直纸面向里。现将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，整体呈中性)从左侧喷射入磁场，
7、发现在M、N两板间接入的额定功率为P100 W的灯泡正常发光，且此时灯泡电阻为R100 ，不计离子重力和发电机内阻，且认为离子均为一价离子，则下列说法中正确的是( ),图4,A.金属板M上聚集负电荷，金属板N上聚集正电荷 B.该发电机的电动势为100 V C.每秒钟有6.251018个离子打在金属板N上 D.离子从左侧喷射入磁场的初速度大小为103 m/s,答案 BC,2.(2019浙江宁波重点中学高三期末联考)(多选)如图5甲所示，空间同时存在竖直向上的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度为B，电场强度为E，一质量为m，电荷量为q的带正电小球恰好处于静止状态。现在将磁场方向顺时针旋转30，同时给小
8、球一个垂直磁场方向斜向下的速度v，如图乙所示。则关于小球的运动，下列说法正确的是( ),图5,答案 AD,已知电子的电荷量大小为e、质量为m，不计电子之间的相互作用力，两极板之间的电场看成匀强电场且忽略极板的边缘效应。电子若打在AB极板上，则即刻被导走且不改变原电场分布；若电子能经过第一、二象限的磁场后打在收集板上也即刻被吸收(不考虑收集板的存在对电子运动的影响)；若电子没有打在收集板上，则不考虑后续的运动。求：,图6,答案 见解析,物理是一门与生产、生活及现代科技联系比较紧密的学科。在高考中，物理试题着重考查考生的知识、能力和学科素养，注重理论联系实际，注重物理与科学技术、社会和经济发展的联
9、系，注重物理知识在生产、生活、科技等方面的应用。,复合场中的STSE问题,叠加场在生活、生产中的应用,【典例1】 (2019安徽合肥三模)为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图7所示的长方体流量计。该装置由绝缘材料制成，其长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口。在垂直于上下底面方向加一匀强磁场，前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极。污水充满管口从左向右流经该装置时，接在M、N两端间的电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是( ),图7,A.M端的电势比N端的高 B.电压表的示数U与a和b均成正比，与c无关
10、C.电压表的示数U与污水的流量Q成正比 D.若污水中正负离子数相同，则电压表的示数为0,答案 C,组合场在科技中的应用,图8,答案 B,1.(2019浙江东阳中学第二次模拟)(多选)自行车速度计是利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率。如图9甲所示，自行车前轮上安装一块磁铁，轮子每转一圈，这块磁铁就靠近传感器一次，传感器会输出一个脉冲电压。图乙为霍尔元件的工作原理图。当磁场靠近霍尔元件时，导体内定向运动的自由电荷在磁场力作用下偏转，最终使导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差，即为霍尔电势差。下列说法正确的是( ),图9,A.根据单位时间内的脉冲数和自行车车轮的半径即可获知车速大小 B
11、.自行车的车速越大，霍尔电势差越高 C.图乙中霍尔元件的电流I是由正电荷定向运动形成的 D.如果长时间不更换传感器的电源，霍尔电势差将减小,答案 AD,2.(2019浙江台州新高考适应性考试)(多选)如图10所示为某种质谱仪的工作原理示意图。此质谱仪由以下几部分构成：粒子源N，P、Q间的加速电场，静电分析器，磁感应强度为B的有界匀强磁场、方向垂直纸面向外，胶片M。若静电分析器通道中心线半径为R，通道内有均匀辐射电场，在中心线处的电场强度大小为E；由粒子源发出一质量为m、电荷量为q的正离子(初速度为零，重力不计)，经加速电场加速后，垂直场强方向进入静电分析器，在静电分析器中，离子沿中心线做匀速圆周运动，而后由S点沿着既垂直于磁分析器的左边界，又垂直于磁场方向射入磁分析器中，最终打到胶片上的某点。下列说法正确的是( ),图10,答案 AD,图11,