2020高考物理一轮复习 第九章 第3讲 带电粒子在复合场中的运动课件

主干梳理 对点激活
知识点
带电粒子在复合场中的运动 Ⅱ
1．组合场与叠加场
(1)组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，或在同一区域，
电场、磁场分时间段交替出现。
(2)叠加场：电场、 □01 磁场 、重力场在同一区域共存，或其中某两场
在同Hale Waihona Puke 区域共存。2．三种场的比较
(3)较复杂的曲线运动 当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一
成。
(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式 qU＝12 mv2。
粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二 定律得关系式 qvB＝mvr2。
由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。
□01 1
r＝ B
2mU
q ，m＝
□02 qr2B2 2U
□15 匀速直线运动 。
(2)匀速圆周运动
当带电粒子所受的重力与电场力大小 □16 相等 ，方向□17 相反 时，带电粒 子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做 □18 匀速圆周 运动。
知识点
带电粒子在复合场中运动的应用实例 Ⅰ(一)电场、磁场
分区域应用实例
1．质谱仪
(1)构造：如图甲所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构
，mq ＝
□03
2U B2r2
。
2．回旋加速器 (1)构造：如图乙所示，D1、D2 是半圆形金属盒，D 形盒的缝隙处接交流 电源，D 形盒处于匀强磁场中。
(2)原理：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
的过程中一次一次地经过 D 形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒
子就会被一次一次地加速。由
答案 (1)
2qU 2 m (2)B
2mU q
答案
解析 (1)粒子被加速电场加速有
qU＝12mv2
得 v＝
2qU m
(2)带电粒子进入磁场做匀速圆周运动 qvB＝mrv2
把 v 代入得 r＝B1 2mqU。
粒子打在照相底片 D 上的点到 S3 的距离为 2r＝B2
2mqU。
考点细研 悟法培优
考点 1 带电粒子在组合场中的运动 这类问题的特点是电场、磁场或重力场依次出现，包含空间上先后出现 和时间上先后出现，常见的有磁场、电场与无场区交替出现相组合的场等。 其运动形式包含匀速直线运动、匀变速直线运动、类平抛运动、圆周运动等， 涉及牛顿运动定律、功能关系等知识的应用。
5．质谱仪可以测带电粒子比荷。( √ ) 6．有的时候，题目中没明确说明时，带电粒子是否考虑重力，要结合运 动状态进行判定。( √ )
二 对点激活 1．(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( )
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 答案 BC
qvB＝mrv2，得
Ekm＝
□04 q2B2r2 2m
，可见粒子获
得的最大动能由磁感应强度 B 和 D 形盒半径 r 决定，与加速电压无关。
(二)电场、磁场同区域并存的实例
一 思维辨析 1．带电粒子在复合场中做匀速圆周运动，必有 mg＝Eq，洛伦兹力做向 心力。( √ ) 2．粒子速度选择器只选择速度大小，不选择速度方向。( × ) 3．回旋加速器中粒子获得的最大动能与加速电压有关。( × ) 4．带电粒子在重力、电场力(恒力)、洛伦兹力三个力作用下可以做变速 直线运动。( × )
1．解题思路 (1)划分过程：将粒子运动的过程划分为几个不同的阶段，对不同的阶段 选用不同的规律处理。 (2)找关键点：确定带电粒子在场区边界的速度(包括大小和方向)是解决 该类问题的关键。 (3)画运动轨迹：根据受力分析和运动分析，大致画出粒子的运动轨迹图， 有利于形象、直观地解决问题。 (4)选择合适的物理规律，列方程：对于类平抛运动，一般分解为沿初速 度方向的匀速直线运动和垂直于初速度方向的匀加速直线运动；对粒子在磁 场中做匀速圆周运动的情况，一般都是洛伦兹力提供向心力。
A．A 板是电源的正极 C．电源的电动势为 Bdv 答案 BC
B．B 板是电源的正极 D．电源的电动势为 qvB
答案
解析 根据左手定则，带正电粒子向下偏转，所以 B 板带正电，为电源 正极，A 错误，B 正确；最终带电粒子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡， 有 qvB＝qEd，解得 E＝Bdv，D 错误，C 正确。
答案
解析 小球做匀速圆周运动，重力必与电场力平衡，则电场力方向竖直 向上，结合电场方向可知小球一定带负电，A 错误，B 正确；洛伦兹力充当 向心力，由曲线运动轨迹的弯曲方向结合左手定则可得，绕行方向为顺时针 方向，C 正确；改变小球的速度大小，重力仍与电场力平衡，小球仍在洛伦 兹力作用下做圆周运动，D 错误。
3．(人教版选修 3－1·P100·例题改编)一个质量为 m、电荷量为 q 的粒子， 从容器 A 下方的小孔 S1 飘入电势差为 U 的加速电场，其初速度几乎为 0，然 后经过 S3 沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为 B 的匀强磁场中，最后打 到照相底片 D 上。
(1)求粒子进入磁场时的速率； (2)求粒子打在照相底片 D 上的点到 S3 的距离。
答案
2. (人教版选修 3－1·P98·T4 改编)(多选)磁流体发电是一项新兴技术，如图 是它的示意图。平行金属板 A、B 之间有一个很强的磁场，磁感应强度为 B。 将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子)喷入磁场， A、B 两板间便产生电压。如果把 A、B 和用电器连接，A、B 就是一个直流 电源的两个电极。A、B 两板间距为 d，等离子体以速度 v 沿垂直于磁场方向 射入 A、B 两板之间，所带电荷量为 q，则下列说法正确的是( )
条直线上时，粒子做 □19 非匀 变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，
也不是抛物线。 (4)分阶段运动 带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域，其运动情况随区域
发生变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成。
3．带电粒子在复合场中的运动分类
(1)静止或匀速直线运动
当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于静止状态或做