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

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要點二 帶電粒子在交變電、磁場中的運動,解決帶電粒子在交變電、磁場中的運動問題的基本思路,,,,,,多維探究,(一)交變磁場,[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間存在勻強磁場。取垂直于紙面向里為磁場的正方向，磁感應(yīng)強度隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示。t＝0時刻，一質(zhì)量為m、帶電量為＋q的粒子(不計重力)，以初速度v0由Q板左端靠近板面的位置，沿垂直于磁場且平行于板面的方向射入磁場區(qū)。當B0和TB取某些特定值時，可使t＝0時刻入射的粒子經(jīng)Δt時間恰能垂直打在P板上(不考慮粒子反彈)。上述m、q、d、v0為已知量。,思路點撥,方法規(guī)律,分析周期性變化磁場中的運動時，重點是明確在一個周期內(nèi)畫出軌跡示意圖，結(jié)合帶電粒子在電磁場和重力場組合與疊加場中的運動知識列方程解答。,多維探究,(二)交變電場＋恒定磁場,(1)帶電粒子進入磁場做圓周運動的最小半徑； (2)帶電粒子射出電場時的最大速度； (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,,電場是勻強電場，帶電 粒子做類平拋運動,,當加速電壓為零時，帶電粒子 進入磁場時的速率最小，半徑最小,,由動能定理可知，當加速電壓最大時，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)帶電粒子進入磁場做圓周運動的最小半徑；,由帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑式可知，應(yīng)先求最小速度，后列方程求解。,(2)帶電粒子射出電場時的最大速度；,要求粒子射出電場時的最大速度，應(yīng)先根據(jù)平拋運動規(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動過程，畫出運動軌跡，后結(jié)合幾何知識列方程求解。,多維探究,(三)交變磁場＋恒定電場,[典例3] 電視機顯像管中需要用變化的磁場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)經(jīng)電壓為U的加速電場后，進入一圓形勻強磁場區(qū)，磁場方向垂直于圓面(以垂直圓面向里為正方向)，磁場區(qū)的中心為O，半徑為r，熒光屏MN到磁場區(qū)中心O的距離為L。當不加磁場時，電子束將通過O點垂直打到屏幕的中心P點。當磁場的磁感應(yīng)強度隨時間按圖(b)所示的規(guī)律變化時，在熒光屏上得到一條長為2√3L的亮線。由于電子通過磁場區(qū)的時間很短，可以認為在每個電子通過磁場區(qū)的過程中磁感應(yīng)強度不變。已知電子的電荷量為e，質(zhì)量為m，不計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速度的大?。?(2)磁感應(yīng)強度的最大值B0。,多維探究,(四)交變電、磁場,[典例4] 某空間存在著一個變化的電場和一個變化的磁場，電場方向向右(如圖8310甲中由B到C的方向)，電場變化如圖乙中Et圖像，磁感應(yīng)強度變化如圖丙中Bt圖像。在A點，從t＝1 s(即1 s末)開始，每隔2 s，有一個相同的帶電粒子(重力不計)沿AB方向(垂直于BC)以速度v射出，恰能擊中C點，若AC＝2BC且粒子在AB間運動的時間小于1 s，求： (1)圖線上E0和B0的比值，磁感應(yīng)強度B的方向； (2)若第1個粒子擊中C點的時刻已知為(1＋Δt) s，那么第2個粒子擊中C點的時刻是多少？,多維探究,,(一)先電場后磁場,(1)先在電場中做加速直線運動，然后進入磁場做圓周運動。(如圖8311甲、乙所示)在電場中利用動能定理或運動學(xué)公式求粒子剛進入磁場時的速度。,(2)先在電場中做類平拋運動，然后進入磁場做圓周運動。(如圖8312甲、乙所示)在電場中利用平拋運動知識求粒子進入磁場時的速度。,[典例1] (2014浙江高考)離子推進器是太空飛行器常用的動力系統(tǒng)。某種推進器設(shè)計的簡化原理如圖8313甲所示，截面半徑為R的圓柱腔分為兩個工作區(qū)。Ⅰ為電離區(qū)，將氙氣電離獲得1價正離子；Ⅱ為加速區(qū)，長度為L，兩端加有電壓，形成軸向的勻強電場。Ⅰ區(qū)產(chǎn)生的正離子以接近0的初速度進入Ⅱ區(qū)，被加速后以速度vM從右側(cè)噴出。 Ⅰ區(qū)內(nèi)有軸向的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，在離軸線R/2處的C點持續(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動，截面如圖乙所示(從左向右看)。電子的初速度方向與中心O點和C點的連線成α角(0α≤90)。推進器工作時，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小； (2)為取得好的電離效果，請判斷Ⅰ區(qū)中的磁場方向(按圖乙說明是“垂直紙面向里”或“垂直紙面向外”)； (3)α為90時，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)做什么運動？離子進入Ⅱ區(qū)后做什么運動？,提示：勻速圓周運動，勻加速直線運動。,(2)電離效果最好時，電子的運動軌跡就是怎樣的？,提示：電子的運動軌跡與器壁和出射速度v相切。,多維探究,,,(二)先磁場后電場,對于粒子從磁場進入電場的運動，常見的有兩種情況： (1)進入電場時粒子速度方向與電場方向相同或相反； (2)進入電場時粒子速度方向與電場方向垂直。(如圖8315甲、乙所示),[典例3] (2014全國大綱卷)如圖8316，在第一象限存在勻強磁場，磁感應(yīng)強度方向垂直于紙面(xOy平面)向外；在第四象限存在勻強電場，方向沿x軸負向。在y軸正半軸上某點以與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)點沿垂直于x軸的方向進入電場。不計重力。若該粒子離開電場時速度方向與y軸負方向的夾角為θ，求 (1)電場強度大小與磁感應(yīng)強度大小的比值； (2)該粒子在電場中運動的時間。,多維探究,,,,(三)先后兩個不同磁場,[典例4] (2013山東高考)如圖8317所示，在坐標系xOy的第一、第三象限內(nèi)存在相同的勻強磁場，磁場方向垂直于xOy平面向里；第四象限內(nèi)有沿y軸正方向的勻強電場，電場強度大小為E。一帶電量為＋q、質(zhì)量為m的粒子，自y軸上的P點沿x軸正方向射入第四象限，經(jīng)x軸上的Q點進入第一象限，隨即撤去電場，以后僅保留磁場。已知OP＝d，OQ＝2d。不計粒子重力。 (1)求粒子過Q點時速度的大小和方向。 (2)若磁感應(yīng)強度的大小為一確定值B0，粒子將以垂直y軸的方向進入第二象限，求B0。 (3)若磁感應(yīng)強度的大小為另一確定值，經(jīng)過一段時間后粒子將再次經(jīng)過Q點，且速度與第一次過Q點時相同，求該粒子相鄰兩次經(jīng)過Q點所用的時間。,審題指導(dǎo),第一步：抓關(guān)鍵點,,,帶電粒子在第四象 限內(nèi)做類平拋運動,,在第一、三象限內(nèi)帶電粒子做 半徑相同的勻速圓周運動,,,在第一象限內(nèi)做圓周 運動的圓心在y軸上,,,帶電粒子在第一、三象限 內(nèi)運動的軌跡均為半圓,第二步：找突破口,[典例4] (2013山東高考)如圖8317所示，在坐標系xOy的第一、第三象限內(nèi)存在相同的勻強磁場，磁場方向垂直于xOy平面向里；第四象限內(nèi)有沿y軸正方向的勻強電場，電場強度大小為E。一帶電量為＋q、質(zhì)量為m的粒子，自y軸上的P點沿x軸正方向射入第四象限，經(jīng)x軸上的Q點進入第一象限，隨即撤去電場，以后僅保留磁場。已知OP＝d，OQ＝2d。不計粒子重力。 (1)求粒子過Q點時速度的大小和方向。 (2)若磁感應(yīng)強度的大小為一確定值B0，粒子將以垂直y軸的方向進入第二象限，求B0。 (3)若磁感應(yīng)強度的大小為另一確定值，經(jīng)過一段時間后粒子將再次經(jīng)過Q點，且速度與第一次過Q點時相同，求該粒子相鄰兩次經(jīng)過Q點所用的時間。,結(jié)合平拋運動的 知識列方程求解。,,,,可以先畫出帶電粒子在第一象限 的運動軌跡，后結(jié)合勻速 圓周運動的知識求解。,要求經(jīng)過一段時間后仍以相同的速度過Q點情況 下經(jīng)歷的時間，必須先綜合分析帶電粒子的運動 過程，畫出運動軌跡，后結(jié)合有關(guān)知識列方程求解。,多維探究,,,,,(四)先后多個電、磁場,[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，兩板間存在兩個方向相反的勻強磁場區(qū)域Ⅰ和Ⅱ，以水平面MN為理想分界面。Ⅰ區(qū)的磁感應(yīng)強度為B0，方向垂直紙面向外。A1、A2上各有位置正對的小孔S1、S2，兩孔與分界面MN的距離均為L。質(zhì)量為m、電荷量為＋q的粒子經(jīng)寬度為d的勻強電場由靜止加速后，沿水平方向從S1進入Ⅰ區(qū)，并直接偏轉(zhuǎn)到MN上的P點，再進入Ⅱ區(qū)，P點與A1板的距離是L的k倍，不計重力，碰到擋板的粒子不予考慮。 (1)若k＝1，求勻強電場的電場強度E； (2)若2k3，且粒子沿水平方向從S2射出， 求出粒子在磁場中的速度大小v與k的關(guān) 系式和Ⅱ區(qū)的磁感應(yīng)強度B與k的關(guān)系式。,