2010年高考物理专题冲刺训练课件专题八 带电粒子在复合场中的运动高考教练配套

交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子 在圆周运动过程中每次经过 D 形盒缝隙都会被加 速。由 qvB＝mrv2得 Ekm＝q22Bm2r2
速度选 择器
若 qv0B＝Eq，即 v0＝BE，粒子做匀速直线运动
题组训练
123
1．[速度选择器]如图所示，在两个水平放置的平行金属板之间，电场和磁场的方向
解析
•1、所有高尚教育的课程表里都不能没有各种形式的跳舞：用脚跳舞，用思想跳舞，用言语跳舞，不用说，还需用笔跳舞。 •2、一切真理要由学生自己获得，或由他们重新发现，至少由他们重建。 •3、教育始于母亲膝下，孩童耳听一言一语，均影响其性格的形成。 •4、好的教师是让学生发现真理，而不只是传授知识。 •5、数学教学要“淡化形式，注重实质.
(3)第三象限内匀强电场的电场强度 E 的大小范围。
解析
方法技巧
带电粒子在组合场中的运动问题的分析方法 (1)求解策略：“各个击破”。
(2)求解这类问题的关键
①抽象思维
形象思维(画轨迹)
②抓住联系两个场的纽带— — 速度。
“场区切换” 运动建模。
考点三 带电粒子在叠加复合场中的运动
1．带电粒子在复合场中运动的分析思路
解析
的圆周运动，再沿直线运动到右边界上的N2 点。Q为线段N1N2的中点，重力加速度为g。 上述d、E0、m、v、g为已知量。 (1)求微粒所带电荷量q和磁感应强度B的大小；
(2)求电场变化的周期T；
(3)改变宽度d，使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域，求T的最
小值。
考点四 带电粒子在交变电磁场中的运动
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方法技巧
解决实际问题的一般过程
考点二 带电粒子在组合场中的运动

2、电场和匀强磁场共存区域
功
处理方法： 二力平衡~匀速直线运动
能
关
不平衡~复杂的曲线运动
系
【例1】如图所示，一带电粒子重力不计，射出时动 能减少，若要使带电粒子的动能增加
A 使带电粒子性质与原来相反 B 使带电粒子电荷量增加 C 增大两金属板间的电势差 D 增大磁感应强度
【例2】如图所示，一带电微粒从两竖直的带等量异 种电荷的平板上方h处自由落下，两板间还存在匀 强磁场，方向垂直纸面向里，带电小球通过正交的 电磁场时 C
个数
速度选择器 磁流体发电机 霍尔效应 电磁流量计
+ + ++ × ××× × ×××
-- - -
hd A
I
A′
建立模型的重要性
科学抽象的一个重要方面就是建立理想化模型。这 对“问题解决”起着至关重要的的作用。近几年高 考每年都要考到很多实际问题。解决实际问题的思 路是：建立实际问题的理想化模型，将其过程理想 化，模型化。对于每一个模型，采用特定的方法予 以解决。
磁场作用：使粒子在D形盒内_____ _。 交变电
压频率=粒子回旋频率：f=
。
例题 如图为处于真空室内的回旋加速器示意图，质量 为m，带电量为q的带电粒子，刚进入两D形盒间隙时速 度可忽略不计，D形盒间隙间加有电压为U的同步交变电 压，能使带电粒子每经过D形盒的间隙就被加速一次， 两D形盒中的匀强磁场使粒子在盒内作匀速圆周运动， 最后达到较大的动能后从外侧出口处被引出进行科学如 图实验。若D形盒的半径为R，垂直D形盒的匀强磁场磁 感应强度为B，粒子所受重力忽略 不计，粒子经过D形盒间隙的时间不计，求： （1）带电粒子被引出时的动能为多大？ （2）带电粒子在加速器中被加速的次数及时间。

由以上两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒
子质量、比荷．
1 2mU
qr2B2
2U
r＝__B_____q___，m＝___2_U______，mq ＝____B_2_r_2 ___．
2．回旋加速器 (1)构造：如图所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处 接__交__流____电源．D形盒处于匀强磁场中．
1－2. (多选)如图所示，一带电小球在一正交电 场、磁场区域里做匀速圆周运动，电场 方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里, 则下列说法正确的是( BC ) A.小球一定带正电 B．小球一定带负电 C．小球的绕行方向为顺时针 D．改变小球的速度大小，小球将不做圆周运动
2－1. (单选)如图所示是质谱仪的工作原理示 意图，带电粒子被加速电场加速后,进 入速度选择器．速度选择器内相互正交 的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B 和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和 记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有磁感应强度为B0的匀 强磁场．下列表述错误的是( D ) A．质谱仪是分析同位素的重要工具 B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小
二、带电粒子在复合场中运动的实例分析 1．质谱仪 (1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相 底片等构成．
(2)原理：粒子由静止在加速电场中被加速，根据动能定理可 得关系式__q_U_＝__12_m__v_2 ．粒子在磁场中受洛伦兹力偏转，做匀 速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式 qvB＝mvr2.
定，即：qvB＝qE＝qUd ，所以 v＝BUd，因此单位时间内液体 流量 Q＝Sv＝π4d2·BUd＝π4dBU.

方法
如引入动量的概念，将曲线运动转换为动量的直线运动；或选择适当的参考系， 使粒子在该参考系中做直线运动。
03 带电粒子在复合 场中曲线运动
圆周运动条件及实例
条件
带电粒子在复合场中受到的电场力和洛伦兹力平衡，且受到 一个垂直于运动方向的恒力作用，使得粒子做匀速圆周运动 。
实例
如电子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动，形成电子束 的偏转；又如质子在电场和磁场的复合场中做匀速圆周运动 ，用于粒子加速器等。
例题2
解析带电粒子在电场和磁场中的曲线 运动，运用洛伦兹力和电场力的合成 与分解，结合运动学公式求解粒子的 轨迹、速度等物理量。
拓展训练题目选讲
题目1
带电粒子在正交电磁场中的运动 分析，要求学生掌握粒子在电磁
场中的受力情况和运动规律。
题目2
带电粒子在变化电磁场中的运动分 析，要求学生理解电磁场的变化对 粒子运动的影响，并能够运用相关 知识求解问题。
动能定理的解题步骤
首先确定研究对象和研究过程，然后分析受力情况和运动情况，列出动能定理的表达式， 最后根据已知条件求解未知量。
机械能守恒定律在复合场中判断
机械能守恒定律表达式
在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。在复合场中，如果带电粒 子只受到电场力和洛伦兹力的作用，且电场力和洛伦兹力都不做功，则机械能守恒。
题目3
带电粒子在复合场中的综合问题， 要求学生能够综合运用力学、电磁 学等相关知识，分析并求解复合场 中粒子的运动问题。
学生自主完成拓展训练题目
题目1
分析带电粒子在匀强电场 和匀强磁场中的运动情况 ，并求解粒子的速度、加 速度等物理量。
题目2
研究带电粒子在正交电磁 场中的周期性运动，并求 解粒子的周期、频率等物 理量。