高考物理第一輪復(fù)習(xí) 第八章 磁場(chǎng) 第3節(jié) 帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件 .ppt

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要點(diǎn)二 帶電粒子在交變電、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),解決帶電粒子在交變電、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題的基本思路,,,,,,多維探究,(一)交變磁場(chǎng),[典例1] (2014山東高考)如圖837甲所示，間距為d、垂直于紙面的兩平行板P、Q間存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)。取垂直于紙面向里為磁場(chǎng)的正方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示。t＝0時(shí)刻，一質(zhì)量為m、帶電量為＋q的粒子(不計(jì)重力)，以初速度v0由Q板左端靠近板面的位置，沿垂直于磁場(chǎng)且平行于板面的方向射入磁場(chǎng)區(qū)。當(dāng)B0和TB取某些特定值時(shí)，可使t＝0時(shí)刻入射的粒子經(jīng)Δt時(shí)間恰能垂直打在P板上(不考慮粒子反彈)。上述m、q、d、v0為已知量。,思路點(diǎn)撥,方法規(guī)律,分析周期性變化磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，重點(diǎn)是明確在一個(gè)周期內(nèi)畫出軌跡示意圖，結(jié)合帶電粒子在電磁場(chǎng)和重力場(chǎng)組合與疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)知識(shí)列方程解答。,多維探究,(二)交變電場(chǎng)＋恒定磁場(chǎng),(1)帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)的最小半徑； (2)帶電粒子射出電場(chǎng)時(shí)的最大速度； (3)帶電粒子打在屏幕上的范圍。,審題指導(dǎo),第一步：抓關(guān)鍵點(diǎn),,電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)，帶電 粒子做類平拋運(yùn)動(dòng),,當(dāng)加速電壓為零時(shí)，帶電粒子 進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率最小，半徑最小,,由動(dòng)能定理可知，當(dāng)加速電壓最大時(shí)，粒子的 速度最大，但應(yīng)注意粒子能否從極板中飛出,第二步：找突破口,(1)帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)的最小半徑；,由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑式可知，應(yīng)先求最小速度，后列方程求解。,(2)帶電粒子射出電場(chǎng)時(shí)的最大速度；,要求粒子射出電場(chǎng)時(shí)的最大速度，應(yīng)先根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律求出帶電粒子能從極板間飛出所應(yīng)加的板間電壓的范圍，后結(jié)合動(dòng)能定理列方程求解。,(3)帶電粒子打在屏幕上的范圍。,要求粒子打在屏幕上的范圍，應(yīng)先綜合分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)過程，畫出運(yùn)動(dòng)軌跡，后結(jié)合幾何知識(shí)列方程求解。,多維探究,(三)交變磁場(chǎng)＋恒定電場(chǎng),[典例3] 電視機(jī)顯像管中需要用變化的磁場(chǎng)來控制電子束的偏轉(zhuǎn)。圖839(a)為顯像管工作原理示意圖，陰極K發(fā)射的電子束(初速不計(jì))經(jīng)電壓為U的加速電場(chǎng)后，進(jìn)入一圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，磁場(chǎng)方向垂直于圓面(以垂直圓面向里為正方向)，磁場(chǎng)區(qū)的中心為O，半徑為r，熒光屏MN到磁場(chǎng)區(qū)中心O的距離為L(zhǎng)。當(dāng)不加磁場(chǎng)時(shí)，電子束將通過O點(diǎn)垂直打到屏幕的中心P點(diǎn)。當(dāng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間按圖(b)所示的規(guī)律變化時(shí)，在熒光屏上得到一條長(zhǎng)為2√3L的亮線。由于電子通過磁場(chǎng)區(qū)的時(shí)間很短，可以認(rèn)為在每個(gè)電子通過磁場(chǎng)區(qū)的過程中磁感應(yīng)強(qiáng)度不變。已知電子的電荷量為e，質(zhì)量為m，不計(jì)電子之間的相互作用及所受的重力。求：,(1)電子打到熒光屏上時(shí)速度的大??； (2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值B0。,多維探究,(四)交變電、磁場(chǎng),[典例4] 某空間存在著一個(gè)變化的電場(chǎng)和一個(gè)變化的磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向向右(如圖8310甲中由B到C的方向)，電場(chǎng)變化如圖乙中Et圖像，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化如圖丙中Bt圖像。在A點(diǎn)，從t＝1 s(即1 s末)開始，每隔2 s，有一個(gè)相同的帶電粒子(重力不計(jì))沿AB方向(垂直于BC)以速度v射出，恰能擊中C點(diǎn)，若AC＝2BC且粒子在AB間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間小于1 s，求： (1)圖線上E0和B0的比值，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向； (2)若第1個(gè)粒子擊中C點(diǎn)的時(shí)刻已知為(1＋Δt) s，那么第2個(gè)粒子擊中C點(diǎn)的時(shí)刻是多少？,多維探究,,(一)先電場(chǎng)后磁場(chǎng),(1)先在電場(chǎng)中做加速直線運(yùn)動(dòng)，然后進(jìn)入磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)。(如圖8311甲、乙所示)在電場(chǎng)中利用動(dòng)能定理或運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度。,(2)先在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，然后進(jìn)入磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)。(如圖8312甲、乙所示)在電場(chǎng)中利用平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度。,[典例1] (2014浙江高考)離子推進(jìn)器是太空飛行器常用的動(dòng)力系統(tǒng)。某種推進(jìn)器設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化原理如圖8313甲所示，截面半徑為R的圓柱腔分為兩個(gè)工作區(qū)。Ⅰ為電離區(qū)，將氙氣電離獲得1價(jià)正離子；Ⅱ?yàn)榧铀賲^(qū)，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，兩端加有電壓，形成軸向的勻強(qiáng)電場(chǎng)。Ⅰ區(qū)產(chǎn)生的正離子以接近0的初速度進(jìn)入Ⅱ區(qū)，被加速后以速度vM從右側(cè)噴出。 Ⅰ區(qū)內(nèi)有軸向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，在離軸線R/2處的C點(diǎn)持續(xù)射出一定速率范圍的電子。假設(shè)射出的電子僅在垂直于軸線的截面上運(yùn)動(dòng)，截面如圖乙所示(從左向右看)。電子的初速度方向與中心O點(diǎn)和C點(diǎn)的連線成α角(0α≤90)。推進(jìn)器工作時(shí)，向Ⅰ區(qū)注入稀薄的氙氣。電子使氙氣電離的最小速率為v0，電子在Ⅰ區(qū)內(nèi)不與器壁相碰且能到達(dá)的區(qū)域越大，電離效果越好。已知離子質(zhì)量為M；電子質(zhì)量為m，電量為e。(電子碰到器壁即被吸收，不考慮電子間的碰撞) (1)求Ⅱ區(qū)的加速電壓及離子的加速度大?。?(2)為取得好的電離效果，請(qǐng)判斷Ⅰ區(qū)中的磁場(chǎng)方向(按圖乙說明是“垂直紙面向里”或“垂直紙面向外”)； (3)α為90時(shí)，要取得好的電離效果，求 射出的電子速率v的范圍； (4)要取得好的電離效果，求射出的電子最 大速率vmax與α角的關(guān)系。,審題指導(dǎo),(1)電子在Ⅰ區(qū)內(nèi)做什么運(yùn)動(dòng)？離子進(jìn)入Ⅱ區(qū)后做什么運(yùn)動(dòng)？,提示：勻速圓周運(yùn)動(dòng)，勻加速直線運(yùn)動(dòng)。,(2)電離效果最好時(shí)，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡就是怎樣的？,提示：電子的運(yùn)動(dòng)軌跡與器壁和出射速度v相切。,多維探究,,,(二)先磁場(chǎng)后電場(chǎng),對(duì)于粒子從磁場(chǎng)進(jìn)入電場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，常見的有兩種情況： (1)進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)粒子速度方向與電場(chǎng)方向相同或相反； (2)進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)粒子速度方向與電場(chǎng)方向垂直。(如圖8315甲、乙所示),[典例3] (2014全國(guó)大綱卷)如圖8316，在第一象限存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面(xOy平面)向外；在第四象限存在勻強(qiáng)電場(chǎng)，方向沿x軸負(fù)向。在y軸正半軸上某點(diǎn)以與x軸正向平行、大小為v0的速度發(fā)射出一帶正電荷的粒子，該粒子在(d,0)點(diǎn)沿垂直于x軸的方向進(jìn)入電場(chǎng)。不計(jì)重力。若該粒子離開電場(chǎng)時(shí)速度方向與y軸負(fù)方向的夾角為θ，求 (1)電場(chǎng)強(qiáng)度大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的比值； (2)該粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。,多維探究,,,,(三)先后兩個(gè)不同磁場(chǎng),[典例4] (2013山東高考)如圖8317所示，在坐標(biāo)系xOy的第一、第三象限內(nèi)存在相同的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于xOy平面向里；第四象限內(nèi)有沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E。一帶電量為＋q、質(zhì)量為m的粒子，自y軸上的P點(diǎn)沿x軸正方向射入第四象限，經(jīng)x軸上的Q點(diǎn)進(jìn)入第一象限，隨即撤去電場(chǎng)，以后僅保留磁場(chǎng)。已知OP＝d，OQ＝2d。不計(jì)粒子重力。 (1)求粒子過Q點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向。 (2)若磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為一確定值B0，粒子將以垂直y軸的方向進(jìn)入第二象限，求B0。 (3)若磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為另一確定值，經(jīng)過一段時(shí)間后粒子將再次經(jīng)過Q點(diǎn)，且速度與第一次過Q點(diǎn)時(shí)相同，求該粒子相鄰兩次經(jīng)過Q點(diǎn)所用的時(shí)間。,審題指導(dǎo),第一步：抓關(guān)鍵點(diǎn),,,帶電粒子在第四象 限內(nèi)做類平拋運(yùn)動(dòng),,在第一、三象限內(nèi)帶電粒子做 半徑相同的勻速圓周運(yùn)動(dòng),,,在第一象限內(nèi)做圓周 運(yùn)動(dòng)的圓心在y軸上,,,帶電粒子在第一、三象限 內(nèi)運(yùn)動(dòng)的軌跡均為半圓,第二步：找突破口,[典例4] (2013山東高考)如圖8317所示，在坐標(biāo)系xOy的第一、第三象限內(nèi)存在相同的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于xOy平面向里；第四象限內(nèi)有沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E。一帶電量為＋q、質(zhì)量為m的粒子，自y軸上的P點(diǎn)沿x軸正方向射入第四象限，經(jīng)x軸上的Q點(diǎn)進(jìn)入第一象限，隨即撤去電場(chǎng)，以后僅保留磁場(chǎng)。已知OP＝d，OQ＝2d。不計(jì)粒子重力。 (1)求粒子過Q點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向。 (2)若磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為一確定值B0，粒子將以垂直y軸的方向進(jìn)入第二象限，求B0。 (3)若磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為另一確定值，經(jīng)過一段時(shí)間后粒子將再次經(jīng)過Q點(diǎn)，且速度與第一次過Q點(diǎn)時(shí)相同，求該粒子相鄰兩次經(jīng)過Q點(diǎn)所用的時(shí)間。,結(jié)合平拋運(yùn)動(dòng)的 知識(shí)列方程求解。,,,,可以先畫出帶電粒子在第一象限 的運(yùn)動(dòng)軌跡，后結(jié)合勻速 圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)求解。,要求經(jīng)過一段時(shí)間后仍以相同的速度過Q點(diǎn)情況 下經(jīng)歷的時(shí)間，必須先綜合分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng) 過程，畫出運(yùn)動(dòng)軌跡，后結(jié)合有關(guān)知識(shí)列方程求解。,多維探究,,,,,(四)先后多個(gè)電、磁場(chǎng),[典例5] (2014廣東高考)如圖8318所示，足夠大的平行擋板A1、A2豎直放置，間距6 L，兩板間存在兩個(gè)方向相反的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ和Ⅱ，以水平面MN為理想分界面。Ⅰ區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，方向垂直紙面向外。A1、A2上各有位置正對(duì)的小孔S1、S2，兩孔與分界面MN的距離均為L(zhǎng)。質(zhì)量為m、電荷量為＋q的粒子經(jīng)寬度為d的勻強(qiáng)電場(chǎng)由靜止加速后，沿水平方向從S1進(jìn)入Ⅰ區(qū)，并直接偏轉(zhuǎn)到MN上的P點(diǎn)，再進(jìn)入Ⅱ區(qū)，P點(diǎn)與A1板的距離是L的k倍，不計(jì)重力，碰到擋板的粒子不予考慮。 (1)若k＝1，求勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E； (2)若2k3，且粒子沿水平方向從S2射出， 求出粒子在磁場(chǎng)中的速度大小v與k的關(guān) 系式和Ⅱ區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與k的關(guān)系式。,