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。,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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