高中物理《带电粒子在组合场中的运动专题研究》课件ppt
mv2
1
v22
mv02
qvB m
R
t 2 R
v
t T 2
课后跟踪训练：
1、（分区域同时）2015 成都市二诊 11 题 如图所示，平面直角坐标系 xOy 的第二象限内 存在场强大小为 E，方向与 x 轴平行且沿 z 轴负方向的匀强电场，在第一、三、四象限内存 在方向垂直纸面向里的匀强磁场。现将一挡板放在第二象限 内，其与 x、y 轴的交点 M、N 到坐标原点的距离均为 2L。 一质量为 m，电荷量绝对值为 q 的带负电粒子在第二象限内从距 z 轴 为 L、距 y 轴为 2L 的 A 点由静止释放，当粒子第一次到达 y 轴上 C 点时电场突然消失。若粒子重力不计，粒子与挡板相 碰后电荷量及速度大小不变，碰撞前后，粒子的速度与挡板 的夹角相等（类似于光反射时反射角与入射角的关系）。求：
课堂
小结 带电粒子在组合场中的运动 专题
带电粒子（体）在组合场中解决办法： 一、分析运动过程、画轨迹
直线运动
二、分阶段处理
电场 类平抛运动
磁场 匀速直线运动 匀速圆周运动
三、交界处速度是纽带（关键）
13:47:36
qU
1 2
mv2
1 2
mv02
x＝ vt
qE ＝ ma
yx＝ 1va0tt2
2
qU
1 2
13:47:36
2015届 成都市“二诊” 11题 19分
13:47:36
带电粒子（体）在组合场中解决办法：
一、分析运动过程、画轨迹 磁场中匀速圆周运动圆心、半径的寻找:
作辅助线，确定几何关系，注意构造直角三角形
1、已知入射、出射速度方向
A
D
C
O
13:47:36
2、已知一个速度方向、出射点和入射点
qE ＝ ma （1分）
v0t ＝ 2h h 1 at 2
2
（1分） （1分）
E mv02 2qh
（1分）
分阶段
13:47:36
（2）粒子到达P2时速度沿x方向的分量仍为v0，以v1表示 速度沿y方向分量的大小，v表示速度的大小，θ表示速度 和x轴的夹角，如图，则有
v12 2ah, v v12 v02
该粒子在电场中减速到0时，在电场力 的作用下反向加速，当粒子第2次到达 MN时，速度变为v,方向水平向左。进入 磁场后粒子做匀速圆周运动，旋转1800
后进入电场，重复以上运动，其轨迹如 图所示：
qvB m v2 R
R mv qB
由几何关系知AP=4R, 即： AP 4mv
qB
13:47:36
M
h
v0
（3分）
粒子从P1到P3所经历的时间
t=t1+t2
t h 2h
（1分）
v0 v0
13:47:36
巩固练习：如图所示，在第Ⅱ象限内有水平向右的匀强电场， 电场强度为E，在第Ⅰ、Ⅳ象限内分别存在如图所示的匀强磁 场，磁感应强度大小相等。有一个带电粒子以垂直于x轴的初 速度v0从x轴上的P点进入匀强电场中，并且恰好与y轴的正方 向成45°角进入磁场，又恰好垂直于x轴进入第Ⅳ象限的磁场。
（l）电场强度的大小
y
（2）粒子到达P2时速度的大小和方向 （3）磁感应强度的大小
P1
（4）粒子从P1到P3所经历的时间
h
画轨迹、标已知
o 2h
P2
x
分阶段
13:47:36
速度是纽带
2h
C
P3
（1） 设粒子从P1到P2的时间为t，电场强度的大小为E， 粒子在电场中的加速度为a，
带电粒子在电场力作用下做类平抛运动：
tan
v1 v0
, v1
v0 , v
2v0
45o 与x轴成45o夹角
（2分）
（1分） y P1
（1分） h o 2h
2h
P2 θ x
P3
13:47:36
（3） 在第四象限粒子仅在洛伦兹力的作用下做匀速圆周
运动：
速度是纽带
因为OP2＝OP3 , θ＝45° ，由几何关系知道C
为圆心，P1P2为直径
解：粒子在电场中做匀减速直线运动，减速到零时做反 向匀加速运动，加速度不变,设总时间为t’
由牛顿第二定律得:
v at
M
qE ma
t' 2t
t ' 2mv qE
v
A
P
13:47:36
N
例1、如图所示在直线MN左侧存在垂直于纸面向里的匀强 磁场B，在其右侧区域内存在方向水平向右的匀强电场 E，
(2分)
又，
mv2 qvB
r 2h
(2分)
y
r
P2P3 圆轨道的直径,得 (1分)
P1 h
所以B mv0 qh
(1分)
o 2h
P2 θ x
2h
C
v
P3
13:47:36
（4）设粒子在电场中所用时间为t1
2h t1 v0
（1分）
粒子在磁场中所用时间为t2
t2
T 2
T 2 R R 2h
2v0 t2
现将一带电量为-q，质量为m的粒子，从A点垂直于MN射
入右侧电场（粒子不计重力）。求：
(2)粒子在电场中离MN最远距离是多少;
解：粒子在电场中做匀减速直线运动，减速到零时第一
次距离MN最远，设最远距离为x
由动能定理得：
M
qEx 1 mv2 2
x mv2 2qE
v
A
x
P
13:47:36
N
（3）该粒子在第5次（粒子发射时记为第1次）经过MN时恰好 达到MN上的P点（图中未画出），则P点离A点有多远？
T 2 R
v
t T R 2 v
例1、如图所示在直线MN左侧存在垂直于纸面向里的匀强 磁场B，在其右侧区域内存在方向水平向右的匀强电场 E，
现将一带电量为 -q，质量为m的粒子，从A点以速度v垂直
于直线MN射入右侧电场（粒子不计重力）。求： (1)该粒子第一次返回A点所需时间t; (2)粒子在电场中离MN最远距离是多少x; (3)该粒子在第5次（粒子发射时记为第一次）经过MN时
Av
O
O’ P
N
变式训练：(19分) 图所示，在y＞0的空间中存在匀强电场，场强
沿y轴负方向；在y＜0的空间中，存在匀强磁场，磁场方向垂直xy
平面（纸面）向外。一电量为q、质量为m的带正电的运动粒子，
经过y轴上y=h处的点P1时速率为v0，方向沿x轴正方向；然后，经过 x轴上x=2h处的 P2点进入磁场，并经过y轴上y= -2h处的P3点。不计 重力。求：
恰好达到MN上的P点（图中未画出），则P点离A点有多远？
M
v
A
N
例1、如图所示在直线MN左侧存在垂直于纸面向里的匀强 磁场B，在其右侧区域内存在方向水平向右的匀强电场 E，
现将一带电量为-q，质量为m的粒子，从A点垂直于MN以
速度v射入右侧电场（粒子不计重力）。求：
(1)该粒子第一次返回A点所需时间t;
A D C
O
带电粒子（体）在组合场中解决办法：
二、分阶段处理
电场
直线运动 类平抛运动
qU
1 2
mv2
1 2
mv02
W qEd
x＝ vt
x
1 2
at 2
x＝ v0t qE ＝ ma
W qEd
y 1 at2 2
匀速直线运动 磁场
三、交界处速度是纽带
匀速圆周运动
qU
1 2
mv2
1 2
mv02
qvB m v2 R
r 2d
因此，作v的垂线交于x轴于 O1，由几何关系知O1为粒子在 第Ⅰ象限做匀速圆周运动的圆 心，且粒子垂直于x轴经N点进 入第Ⅳ象限磁场 ，在第Ⅳ象限
做匀速圆周运动 。如图 ：
v
M
v
o1
N v
o2
H
思考？
求解“巩固练习”中： (2)该过程中电场力对粒子所做的功 (3)粒子在电场和磁场中运动的总时间.
(1)C 点的纵坐标。 (2)若要使粒子再次打到档板上，磁感应强度的最大值为多少？ (3)磁感应强度为多大时，粒子与档板总共相碰两次后到达 C 点？这种情况下粒子从 A 点出发到第二次到达 C 点的时间多长？
13:47:36
已知OP之间的距离为d，. 则带电粒子从开始运动到在磁场中
第二次经过x轴过程中求： (1)画出粒子运动的轨迹图； (2)该过程中电场力对粒子所做的功；
(1)画轨迹
粒子在电场中作类平抛运动，设粒子从y轴上的M点进入第Ⅰ象
限，速度与y轴的正方向成45°, 入射后做匀速圆周运动设半径
为பைடு நூலகம் ； 因为OM=d
带电粒子在组合场中的运动 专题研究
13:47:36
13:47:36
2013 四川卷 11题 19分
13:47:36
2014 四川卷 10题 17分
13:47:36
2015 四川卷 7、10题 24分
13:47:36
2013届 成都市“二诊” 11题 19分
13:47:36
2014届 成都市“二诊” 11题 19分
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高考物理大一轮复习第九单元磁场4带电粒子在组合场中
【答案】
(1)r＝mqBv；旋转方向为逆时针方向
2π (2)θ＝ 3 ；
（2π＋3 3）m
3－1
Hale Waihona Puke T＝qB(3)B′＝ 2 B
【解析】 (1)峰区内圆弧半径 r＝mqBv
①
旋转方向为逆时针方向
②
(2)由对称性，峰区内圆弧的圆心角 θ＝2π3 ③
每个圆弧的长度 l＝2π3 r＝2π3qmBv
④
π 每段直线长度 L＝2rcos 6 ＝
(3)设电场强度为 E，则有：qE＝ma d＝12at22 由动能定理得：qEd＝EkG－12mv02 解得 EkG＝4B92mq2d2
多个电场、磁场组合 例 3 (2016·浙江)为了进一步提高回旋加速器的能量，科学 家建造了“扇形聚焦回旋加速器”．在扇形聚焦过程中，离子能 以不变的速率在闭合平衡轨道上周期性旋转．扇形聚焦磁场分布 的简化图如图所示，圆心为 O 的圆形区域等分成六个扇形区域， 其中三个为峰区，三个为谷区，峰区和谷区相间分布．峰区内存 在方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为 B，谷区内没有 磁场．质量为 m，电荷量为 q 的正离子，以不变的速率 v 旋转， 其闭合平衡轨道如图中虚线所示．
2．先在电场中做类平抛运动，然后进入磁场做圆周运动(如 图丙、丁所示)．
例 1 如图所示，坐标平面第Ⅰ象限内存在大小为 E＝4×105 N/C，方向水平向左的匀强电场，在第Ⅱ象限内存在方向垂直纸 面向里的匀强磁场．质荷比mq ＝4×10－10 kg/C 的带正电的粒子， 以初速度 v0＝2×107 m/s 从 x 轴上的 A 点垂直 x 轴射入电场， OA＝0.2 m，不计粒子的重力．
(2)设离子在磁场中的运动速度为 v0，则有：qv0B＝mvr02. T＝2πv0 r＝2πqBm，由图知离子在磁场中做圆周运动的时间 为：t1＝13T＝23πBqm 离子在电场中做类平抛运动，从 C 到 G 的时间为：t2＝2vd0 ＝ 3Bmq，离子从 D→C→G 的总时间为：t＝t1＋t2＝（9＋32Bπq ）m
2020高考物理专题复习带电粒子在组合场中的运动PPT课件
从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静
电分析器,由P点垂直边界进入磁分析器,最终打
到胶片上的Q点.不计粒子重力,下列说法正确的
是
()
图Z7-3
题型探究
A.极板 M 比极板 N 的电势高 B.加速电场的电压 U=ER C.PQ=2B ������������������������ D.若一群粒子从静止开始经过题述过程都落在胶片上的同一点,则该群粒子具 有相同的比荷
图Z7-7
题型探究
【规范步骤】
(1)粒子在电场中由Q到O做
运动,设O点速度v与+x方向夹角为α,Q点到x轴
的距离为L,到y轴的距离为2L,粒子的加速度为a,运动时间为t,根据类平抛运动的规
律,有
x方向:2L=
(2分)
y方向:L=
(2分)
题型探究
粒子到达O点时沿y轴方向的分速度为
vy= 由tan α=
C. 仅使加速电压的有效值增大,带电粒子获得的能量一定增大
D. 仅使D形盒中磁场的磁感应强度B增大,带电粒子在D形盒中
运动周期一定增大
图Z7-6
题型探究
[答案] A
[解析] 回旋加速器中 D 形盒的作用是静电屏蔽,使带电粒子在圆周运动过程中
不被电场干扰,选项 A 正确;回旋加速器中所加交变电压的周期与带电粒子做匀
带电粒子在组合场中的运动
题型探究
考向一 质谱仪
一 质谱仪、回旋加速器
(1)构造:如图Z7-1所示,由粒子源、加速电场、 偏转磁场和照相底片等构成.
图Z7-1
题型探究
(2)原理:带电粒子由静止开始在加速电场中被加速,根据动能定理得 qU=1mv2.
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
第九章专题九带电粒子在组合场中的运动-2025年高考物理一轮复习PPT课件
r＝mqBv＝2
3mv0 3qB
已知圆形磁场区域半径为 R＝23mqBv0，故 r＝ 3R
高考一轮总复习•物理
第24页
粒子沿 PO 方向射入磁场即沿半径方向射入磁场，故粒子将沿半径方向射出磁场，粒 子射出磁场时与射入磁场时运动方向的夹角为 θ，则粒子在磁场中运动圆弧轨迹对应的圆 心角也为 θ，由几何关系可得 θ＝2α＝π3
解析：粒子在磁场中做圆周运动，由牛顿第二定律得 qvmB＝mvR2m，解得 vm＝qBmR，则粒 子获得的最大动能为 Ekm＝12mv2m＝q22Bm2R2，知粒子获得的最大动能与加速电压无关，与 D 形 金属盒的半径 R 和磁感应强度 B 有关，故 A 错误，B 正确；对粒子由动能定理有 nqU＝q22Bm2R2，
殊分解法＋功能关系 方法
匀速直线运动：运动学公式 磁场中
匀速圆周运动：圆周运动公式＋牛顿第二定 运动
律＋几何知识
第20页
高考一轮总复习•物理
第21页
典例 3 (2023·辽宁卷节选)如图所示，水平位置的两平行金属板间存在匀强电场，板长 是板间距离的 3倍．金属板外有一圆心为 O 的圆形区域，其内部存在磁感应强度大小为 B、 方向垂直于纸面向外的匀强磁场．质量为 m、电荷量为 q(q>0)的粒子沿中线以速度 v0 水平 向右射入两板间，恰好从下板边缘 P 点飞出电场，并沿 PO 方向从图中 O′点射入磁场．已 知圆形磁场区域半径为23mqBv0，不计粒子重力．
将粒子运动的过程划分为几个不同的阶段，对 分过程
不同的阶段选取不同的规律处理
分析
确定带电粒子在场区边界的速度(大小和方
找关键
思路
向)是解决该类问题的关键
根据受力分析和运动分析，大致画出粒子的运 画轨迹
带电粒子在组合场中的运动 课件
C．减小狭缝间的距离
D．增大 D 形金属盒的半径
解析：回旋加速器利用电场加速和磁场偏转来加速粒子，粒子 射出时的轨道半径恰好等于 D 形盒的半径，根据 qvB＝mRv2可 得，v＝qBmR，因此离开回旋加速器时的动能 Ek＝12mv2＝q22Bm2R2 可知，与加速电压无关，与狭缝距离无关，A、C 错误；磁感 应强度越大，D 形盒的半径越大，动能越大，B、D 正确。 答案：BD
带电粒子在组合场中的运动
突破点(一) 质谱仪与回旋加速器
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：粒子由静止被加速电场加速，
qU＝12mv2。
粒子在磁场中做匀速圆周运动，有 qvB＝mvr2。
由以上两式可得 r＝B1
2mqU，m＝q2r2UB2，mq ＝B22Ur2。
类型一 先电场后磁场
(1)先在电场中做加速直线运动，然后进入磁场做圆周运动。 (如图甲、乙所示)
在电场中利用动能定理或运动学公式求粒子刚进入磁场时 的速度。
(2)先在电场中做类平抛运动，然后进入磁场做圆周运动。 (如图丙、丁所示)
在电场中利用平抛运动知识求粒子进入磁场时的速度。
[例 1] 平面直角坐标系 xOy 中，第Ⅰ象 限存在垂直于平面向里的匀强磁场，第Ⅲ象 限存在沿 y 轴负方向的匀强电场，如图所示。
(1)若粒子恰好经过坐标为 33L，L的 P 点，且已知粒子运 动到 P 点前仅经过磁场区域Ⅰ和Ⅱ，求加速电场的电压。
(2)若调低加速电场的电压，粒子会从磁场区域Ⅰ垂直 y 轴 进入磁场区域Ⅲ，经过坐标为 33L，L的 P 点后进入磁场区域 Ⅱ，粒子在 P 点的速度方向与 y 轴正方向夹角为 θ，求磁场区 域Ⅲ的磁感应强度大小。
高中物理精品PPT课件《带电粒子在电场中的运动》(23张)
如果带电粒子沿垂直电场的方向进入匀 强电场，它将怎样运动呢?
下面我们来探讨带电粒子的偏转
二、带电粒子的偏转
+++++++++
d
q、m +
v0
U
--------
l
二、带电粒子的偏转
+++++++++
d v0
q、m +
UF
--------
l
1.q的受力怎样? －q的受力又怎样? 2.水平方向和竖直方向的运动性质怎样? 3.与学过的哪种运动形式类似? zxxk
二、带电粒子的偏转
带电粒子 沿垂直电场的方向进入匀强电场,
做类平抛运动：
垂直电场方向:zxxk 做匀速直线运动 平行电场方向: 做初速度为0的匀加速直线运动
二、带电粒子的偏转
+++++++++
d
q、m +
v0
UF
--------
偏移距离
y
+θ
v0
l
4.如何求粒子的偏移距离?
vy v
偏转角
5.如何求粒子的出射速度大小及偏转角?
解:垂直电场方向:飞行时间
t
l v0
平行电场方向:加速度 a F eU
m md
偏移距离
y
1 2
at 2
1 2
eUl2 mv02d
qUl
偏移角
vy a
tin
t
vy v0
下面我们来探讨带电粒子的偏转
二、带电粒子的偏转
+++++++++
d
q、m +
v0
U
--------
l
二、带电粒子的偏转
+++++++++
d v0
q、m +
UF
--------
l
1.q的受力怎样? －q的受力又怎样? 2.水平方向和竖直方向的运动性质怎样? 3.与学过的哪种运动形式类似? zxxk
二、带电粒子的偏转
带电粒子 沿垂直电场的方向进入匀强电场,
做类平抛运动：
垂直电场方向:zxxk 做匀速直线运动 平行电场方向: 做初速度为0的匀加速直线运动
二、带电粒子的偏转
+++++++++
d
q、m +
v0
UF
--------
偏移距离
y
+θ
v0
l
4.如何求粒子的偏移距离?
vy v
偏转角
5.如何求粒子的出射速度大小及偏转角?
解:垂直电场方向:飞行时间
t
l v0
平行电场方向:加速度 a F eU
m md
偏移距离
y
1 2
at 2
1 2
eUl2 mv02d
qUl
偏移角
vy a
tin
t
vy v0
高考物理一轮复习课件第九章专题带电粒子在组合场中的运动
THANKS.
带电粒子在多种组合场中的运动
组合场中的直线运动
带电粒子在多种组合场中可能做直线运动，需分析各种力的平衡条件和运动学公式求解 。
组合场中的曲线运动
带电粒子在多种组合场中可能做曲线运动，如圆周运动、螺旋运动等，需分析各种力的 合成和分解以及曲线运动的规律求解。
组合场中的综合问题
带电粒子在多种组合场中的运动问题往往涉及多个物理过程和多种物理规律的综合应用 ，需全面考虑各种因素，综合运用所学知识进行分析和求解。
带电粒子在重力场和电磁场中的运动
重力场中的自由落体运动
带电粒子在重力场中做自由落体运动，应用自由落体规律求解。
重力场和电场中的综合运动
带电粒子在重力场和电场中同时受到重力和电场力作用，可能做匀变速直线运动或抛体运 动等，需综合分析受力情况和运动规律。
重力场、电场和磁场中的综合运动
带电粒子在重力场、电场和磁场中同时受到重力、电场力和洛伦兹力作用，运动情况更为 复杂，需全面考虑各种力的作用和运动规律。
带电粒子在组合场
05
中运动的实验方法
实验装置与实验原理
装置组成
主要包括粒子源、加速电场、偏转电 场或磁场、探测器等部分。
工作原理
利用电场或磁场对带电粒子的作用力 ，使粒子获得加速度或改变运动方向 ，进而研究粒子在组合场中的运动规 律。
实验操作与实验现象
操作步骤
首先调整实验装置，使各部分处于正常工作状态；然后开启粒子源，观察粒子在组合场中的运动轨迹；最后记录 实验数据，进行分析处理。
带电粒子在组合场中的受力分析
重力
对于质量较大的带电粒子，重力可能是一个重要的力，需要考虑其对粒子运动 的影响。
电场力和磁场力的合成
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