2013届高考物理二轮复习热点难点专题透析专题3：带电粒子在电场和磁场中的运动课件(203张ppt)
场中的运动,涉及运动轨迹的几何分析和临界分析,考查的可能较大.
其中电场和磁场知识与生产技术、生活实际、科学研究相结合,如 示波管、质谱仪、回旋加速器、速度选择器和磁流体发电机等物 理模型的应用问题要特别注意.
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【知能诊断】 1.如图所示,图中对称的虚线为真空中两个点电荷所产生的静电场 中的一簇等势线,a是两电荷连线上的一点.若不计重力的带电粒子 从a点射入电场后恰能沿图中的实线运动,b点是其运动轨迹上的另 一点,则下述判断正确的是 ( )
Q N= q
M=Nm
mIt 由上式解得M= q
.
1
2mU
(3)由上式有R= B q
设m'为铀238离子的质量,由于电压在U±ΔU之间有微小变化,铀235 离子在磁场中运动的最大半径为
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Rmax= B
1
2m(U U) q
铀238离子在磁场中运动的最小半径为 Rmin'= B
U
【解析】(1)设离子经电场加速后进入磁场时的速度为v,由动能定
2 理得qU= mv 2
1
离子在磁场中做匀速圆周运动,所受洛伦兹力充当向心力,即qvB=
mv 2 R
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qB 2 R 2 解得:U= 2m .
(2)设在t时间内收集到的离子个数为N,总电荷量为Q,则Q=It
还常常成为试卷的压轴题.
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预计2013年高考理综物理试题仍将突出对电场和磁场的考查,仍会 有关于带电粒子在电场和磁场中的运动的试题.考查形式既可以是 选择题也可以是计算题,选择题用来考查场的描述和性质、场力,侧 重于对识记和理解的考查.计算题主要考查带电粒子在电场、磁场 中的运动和在复合场中的运动,特别是带电粒子在有界磁场、组合
速度也增大为原来的二倍,选项A正确、C错误;当粒子的速度增大 为原来的四倍时,才会从f点射出,选项B错误;据粒子的周期公式T=
2 m qB ,可见粒子的周期与速度无关,在磁场中的运动时间取决于其
轨迹圆弧所对应的圆心角,所以从e、d射出时所用时间相等,从f点 射出时所用时间最短. 【答案】A
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C.如果粒子的速度不变,磁场的磁感应强度变为原来的二倍,粒子将
从d点射出 D.只改变粒子的速度使其分别从e、d、f点射出时,从e点射出所用 的时间最短
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【解析】作出示意图如图乙所示,根据几何关系可以看出,当粒子
乙
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mv 从d点射出时,轨道半径增大为原来的二倍,由半径公式R= qB 可知,
(1)带电粒子进入两板间后 粒子在垂直于电场的方向上做匀速直线运动,有:
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vx=v1,L=v1t 粒子在平行于电场的方向上做初速度为零的匀加速直线运动,有:
2 vy=at,y= at ,a= m = md . 2
1
qE
qU 2
(2)带电粒子离开极板时
qU 2 L2 1 2 2mdv12 侧移距离y= at = ③ 2
1
2m'(U U) q
这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠的条件为 Rmax<Rmin' 即 B
1
2m(U U) 1 2m'(U U) < q q B
则有m(U+ΔU)<m'(U-ΔU)
U < m ' m
其中铀235离子的质量m=235 u(u为原子质量单位),铀238离子的质
2.带电粒子在匀强电场中的偏转
电荷量为q、质量为m的带电粒子由静止开始经电压U1加速后,以速 度v1垂直进入由两带电平行金属板产生的匀强电场中,则带电粒子 在匀强电场中做②类平抛运动,其轨迹是一条抛物线(如图所示).
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设两平行金属板间的电压为U2,板间距离为d,板长为L.
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U
m ' m
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量m'=238 u,故
U < 238u 235u
解得 U <0.63%.
qB 2 R 2 【答案】(1) 2m
U
238u 235u U
mIt (2) q
U (3) U <0.63%
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7.如图甲所示,在xOy平面内第二象限的某区域存在一个矩形匀强磁 场区,磁场方向垂直xOy平面向里,边界分别平行于x轴和y轴.一电荷 量为e、质量为m的电子,从坐标原点O以速度v0射入第二象限,速度
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①A、B两粒子在磁场中做圆周运动的半径之比是
3
1 3 ;②A、B两粒
子在磁场中做圆周运动的半径之比是 q 之比 2 3 ;③A、B两粒子的 是
m 1 3 3 ;④A、B两粒子的 q 之比是 2 3
m
其中正确的是 ( A.①③ B.②④
) C.①④ D.②③
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3 m 【答案】(1) 4eB0
(2)B≥ ea
( 2 1)mv0
2kmv0 B1 (3) 2kmv0 aeB1
2k m a eB1 - 2v 0
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【思维导图】
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6.对铀235的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要意义.如图 所示,质量为m、电荷量为q的铀235离子,从容器A下方的小孔S1不断 进入加速电场,其初速度可视为零,然后经过小孔S2垂直于磁场方向
进入磁感应强度为B的匀强磁场中,做半径为R的匀速圆周运动.离子
行进半个圆周后离开磁场并被收集,离开磁场时离子束的等效电流 为I.不考虑离子重力及离子间的相互作用.
【答案】B
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5.(2012年重庆模拟)如图甲所示,有一个正方形的匀强磁场区域abcd, e是ad的中点,f是cd的中点.如果在a点沿对角线方向以速度v射入一 带负电的带电粒子恰好从e点射出,则 ( )
甲
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A.如果粒子的速度增大为原来的二倍,粒子将从d点射出 B.如果粒子的速度增大为原来的三倍,粒子将从f点射出
方向与y轴正方向成45°角,经过磁场偏转后,通过P(0,a)点,速度方向
垂直于y轴,不计电子的重力.
甲
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(1)若磁场的磁感应强度大小为B0,求电子在磁场中运动的时间t. (2)为使电子完成上述运动,求磁感应强度的大小应满足的条件. (3)若电子到达y轴上P点时,撤去矩形匀强磁场,同时在y轴右侧加方 向垂直于xOy平面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B1,在y轴左侧 加方向垂直xOy平面向里的匀强磁场,电子在第(k+1)次从左向右经 过y轴(经过P点为第1次)时恰好通过坐标原点.求y轴左侧磁场磁感 应强度大小B2及上述过程电子从P点到坐标原点的运动时间t.
A.此电场为等量同种电荷产生的电场 B.此带电粒子在a点初速度可能为零
C.带电粒子在a点的加速度小于其在b点的加速度
D.由a点到b点的过程中电场力对带电粒子做正功
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【解析】由等势面的特点可确定此电场为等量异种电荷产生的电 场,A错;由等势线的疏密可确定Ea>Eb,带电粒子在a点所受电场力 大,因此加速度大,C选项错误;由带电粒子运动轨迹和等势线特点, 可确定出带电粒子所受电场力的方向垂直等势线向右,因此a点的 初速度不为零,且由a到b的过程中电场力对带电粒子做正功,B错误 、D正确. 【答案】D
T m 场中运动的时间t= = ,质量和电荷都相等的M和N,当磁感应强 2 qB
mv
度B相同时,运动的时间t也相同,D错. 【答案】A
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4.如图所示,带有正电荷的A粒子和B粒子同时以同样大小的速度从 宽度为d的有界匀强磁场的边界上的O点分别以与左边界成30°和60 °角射入磁场,又恰好不从另一边界飞出,则下列说法:
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2.如图甲所示,平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度,两极 板与一直流电源相连.若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过 电容器,则在此过程中,该粒子 ( )
A.所受重力与电场力平衡
B.电势能逐渐增加 C.动能逐渐增加 D.做匀速直线运动
甲
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v0 2 根据洛伦兹力公式和向心力公式可得:ev0Bmin=m R
2 R=a 由几何关系可得:R+
丙
(3)设电子在y轴右侧和左侧做圆周运动的半径分别为r1和r2,
v0 2 根据洛伦兹力公式和向心力公式可得:ev0B1=m r1
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v0 2 ev0B2=m r2
(1)求加速电场的电压U. (2)求出在离子被收集的过程中,任意时间t内收集到离子的质 量M. (3)实际上加速电压的大小会在U±ΔU范围内微小变化.若容器
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A中有电荷量相同的铀235和铀238两种离子,如前述情况它们 经电场加速后进入磁场中会发生分离,为使这两种离子在磁场 中运动的轨迹不发生交叠, U 应小于多少?(结果用百分数表 示,保留两位有效数字)
高三物理考点3电场和磁场中的带电粒子
高考物理考点3电场和磁场中的带电粒子命题趋势带电粒子在电场、磁场中的运动是中学物理中的重点内容：这类问题对学生的空间想象能力、分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力有较高的要求：是考查考生多项能力的极好载体：因此历来是高考的热点：在实行了三年的理科综合能力测试中也是每年都考：且分值分别达18分、14分和20分：预计以后每年都不会低于10%的分值。
带电粒子在电场、磁场中的运动与现代科技密切相关：在近代物理实验中有重大意义：因此考题有可能以科学技术的具体问题为背景。
当定性讨论这类问题时：试题常以选择题的形式出现：定量讨论时常以填空题或计算题的形式出现：计算题还常常成为试卷的压轴题。
知识概要带电粒子在电场、磁场中的运动可分为下列几种情况带电粒子在电场、磁场、重力场中的运动：简称带电粒子在复合场中的运动：一般具有较复杂的运动图景。
这类问题本质上是一个力学问题：应顺应力学问题的研究思路和运用力学的基本规律。
分析带电粒子在电场、磁场中运动：主要是两条线索：（1）力和运动的关系。
根据带电粒子所受的力：运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解。
半径公式：qB m v R = 周期公式：qB m T π2=（2）功能关系。
根据场力及其它外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的功能关系：从而可确定带电粒子的运动情况：这条线索不但适用于均匀场：也适用于非均匀场。
因此要熟悉各种力做功的特点。
处理带电粒子在场中的运动问题应注意是否考虑带电粒子的重力。
这要依据具体情况而定：质子、α粒子、离子等微观粒子：一般不考虑重力：液滴、尘埃、小球等宏观带电粒子由题设条件决定：一般把装置在空间的方位介绍的很明确的：都应考虑重力：有时还应根据题目的隐含条件来判断。
处理带电粒子在电场、磁场中的运动：还应画好示意图：在画图的基础上特别注意运用几何知识寻找关系。
点拨解疑【例题1】（1999年高考全国卷）如图1所示：图中虚线MN 是一垂直纸面的平面与纸面的交线：在平面右侧的半空间存在一磁感应强度为B 的匀强磁场：方向垂直纸面向外。
高考物理二轮复习精练一必考热点带电粒子在电场和磁场中的运动
必考热点4 带电粒子在电场和磁场中的运动热点阐释(1)带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动一直是高考考查的重点和热点，备受命题专家的青睐，近几年主要以选择题形式考查带电粒子在直线边界和圆形边界磁场中的运动。
(2)带电粒子在电场中的运动也是历年高考试题的“常客”，常常以选择题形式考查电场力与能的性质，也以计算题形式考查带电粒子的类平抛运动、匀变速直线运动等，带电粒子在电场和磁场的复合场中的运动在近几年高考中热度有所降低，但因2020年部分省份回归全国卷，此类试题很可能再次成为命题热点。
一、选择题(1～4题为单项选择题，5～8题为多项选择题)1.如图1所示，A、B、C是某电场中的3条电场线，一带电粒子(不计重力)以某速度从a点进入并穿过电场，其轨迹与电场线的交点依次为a、b、c，则下列说法正确的是( )图1A.此电场一定是匀强电场B.粒子如果带负电，则电场强度方向一定沿电场线向下C.粒子在穿过电场过程中电场力做正功，电势能减少D.在a、b、c三点中，a点的电势最高解析题中并未说明电场线是平行等距的，故选项A错误；根据曲线运动的条件，结合其轨迹，可知粒子所受合力的方向一定指向轨迹的凹侧，所以若粒子带负电，则电场强度方向一定是沿电场线向上，故选项B错误；速度与电场力方向的夹角小于90°，所以电场力做正功，则电势能一定减小，选项C正确；粒子电性不确定，场强方向未知，则无法判断电势的高低，故选项D错误。
答案 C2.(2020·江西赣中南五校联考)如图2所示，a、b两个带正电的粒子，电荷量分别为q1与q2，质量分别为m1和m2。
它们以相同的速度先后垂直于电场线从同一点进入平行板间的匀强电场后，a粒子打在B板的a′点，b粒子打在B板的b′点，若不计重力。
则( )图2A.电荷量q 1大于q 2B.质量m 1小于m 2C.粒子的电荷量与质量之比q 1m 1>q 2m 2D.粒子的电荷量与质量之比q 1m 1<q 2m 2解析 设任一粒子的速度为v ，电荷量为q ，质量为m ，加速度为a ，运动的时间为t ，则加速度a ＝qEm ①，时间t ＝x v ②，偏转量y ＝12at 2③。
高考物理二轮复习专题三电场和磁场2磁场及带电粒子在磁场中的运动课件
休息时间到啦
同学们，下课休息十分钟。现在是休息时间，你们休 睛，
看看远处，要保护好眼睛哦~站起来动一动，久坐对 哦~
[规律方法]——知规律 握方法 求解导体棒所受安培力问题的方法 (1)正确地对导体棒进行受力分析，应特别注意通电导体棒受到 的安培力的方向，安培力与导体棒和磁感应强度组成的平面垂直． (2)画出辅助图(如导轨、斜面等)，并标明辅助方向(磁感应强度 B、电流 I 的方向)． (3)将立体的受力分析图转化为平面受力分析图，即画出与导体 棒垂直的平面内的受力分析图．
＝ AB 2sin
α＝2sAinBθ，然后再与半径公式 2
r＝mqBv联系起来求解．
(3)运动时间的确定：t＝36α0°T(可知，α 越大，粒子在磁场中运
动时间越长)．
[典例赏析]——析典题 学通法 [例 2] (2019·全国Ⅰ，24T)如图，在直角三角形 OPN 区域内存 在匀强磁场，磁感应强度大小为 B、方向垂直于纸面向外．一带正电 的粒子从静止开始经电压 U 加速后，沿平行于 x 轴的方向射入磁场； 一段时间后，该粒子在 OP 边上某点以垂直于 x 轴的方向射出．已知 O 点为坐标原点，N 点在 y 轴上，OP 与 x 轴的夹角为 30°，粒子进 入磁场的入射点与离开磁场的出射点之间的距离为 d，不计重力．求
Ⅰ卷 19T 安培力 科学思维 磁场的叠加．(2)带电粒子在
Ⅱ卷 18T 洛伦兹力 科学思维 匀强磁场中的匀速圆周运动
Ⅱ卷 21T 安培力 科学思维 (常涉及临界问题、多解问题)
分析粒子在电场和磁场中的
2017
运动，画出运动轨迹，根据
磁感应强
Ⅲ卷 18T
物理观念 几何关系结合动能定理．牛
度
顿运动定律解题是今后高考
高考物理二轮复习第一部分专题三电场与磁场第二讲带电粒子在电磁场中的运动课件.pptx
互作用和电荷量变化，则
()
2019-9-11
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10
A．电场线方向由集尘极指向放电极 B．图中A点场强小于B点场强 C．尘埃在迁移过程中电势能减小 D．沿水平方向进入的尘埃在迁移过程中可以做类平抛运动
解析：由题带负电的尘埃在电场力的作用下向集尘极迁移，
则知集尘极带正电荷，是正极，所以电场线方向由集尘极指
电表，外电路中R0为定值电阻，R为滑动变阻器，开始时开
关S断开，下列判断正确的是
()
2019-9-11
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33
A．M板是电源的正极 B．闭合开关S，电压表的示数为Bdv C．闭合开关S，电压表的示数减小 D．闭合开关S，将滑动变阻器的滑片向下移，电源的输出功
率一定增大 解析：由左手定则可知正离子向N板偏转，负离子向M板偏 转，即金属板M为电源负极，N为电源正极，故A错误；等离
2019-9-11
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18
(三)依据题型灵活应对
1．单边界磁场问题的对称性 带电粒子在单边界匀强磁场中的运 动一般都具有对称性，如诊断卷第 4 题， 粒子进入磁场和离开磁场时速度方向与 磁场边界的夹角不变，可总结为：单边进出(即从同一直线边界 进出)，等角进出，如图所示。
2019-9-11
第 二讲
带电粒子在电磁场中的运动
2019-9-11
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1
课后“高仿”检测
01 课前·自测诊断
——把薄弱环节查出来
02 课堂·重点攻坚
——把高考短板补起来/释疑4大考点
03 课后·“高仿”检测
——把高考能力提起来
2019-9-11
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2
课前·自测诊断
二轮复习专题三第二讲带电粒子在电场磁场中的运动学案
专题三第二讲 带电粒子在电场、磁场中的运动1．(2020·浙江7月选考)如图所示，一质量为m 、电荷量为q (q >0)的粒子以速度v 0从MN 连线上的P 点水平向右射入大小为E 、方向竖直向下的匀强电场中。
已知MN 与水平方向成45°角，粒子的重力可以忽略，则粒子到达MN 连线上的某点时( )A ．所用时间为m v 0qEB ．速度大小为3v 0C ．与P 点的距离为22m v 02qED ．速度方向与竖直方向的夹角为30°解析：C 粒子从P 点垂直电场方向出发到达MN 连线上某点时，由几何知识得沿水平方向和竖直方向的位移大小相等，即v 0t ＝12at 2，其中a ＝Eq m ，联立解得t ＝2m v 0qE ，A 项错误；粒子在MN 连线上某点时，粒子沿电场方向的速度v ＝at ＝2v 0，所以合速度大小v ＝(2v 0)2＋v 02＝5v 0，B 项错误；该点到P 点的距离s ＝2x ＝2v 0t ＝22m v 02qE ，C 项正确；由平行四边形定则可知，在该点速度方向与竖直方向夹角的正切值tan θ＝v 02v 0＝12，则θ≠30°，D 项错误。
2．(2021·河北高考)如图，距离为d 的两平行金属板P 、Q 之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为B 1，一束速度大小为v 的等离子体垂直于磁场喷入板间，相距为L 的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为B 2，导轨平面与水平面夹角为θ，两导轨分别与P 、Q 相连，质量为m 、电阻为R 的金属棒ab 垂直导轨放置，恰好静止，重力加速度为g ，不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力，下列说法正确的是( )A ．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，v ＝mgR sin θB 1B 2Ld B ．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，v ＝mgR sin θB 1B 2LdC ．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，v ＝mgR tan θB 1B 2LdD ．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，v ＝mgR tan θB 1B 2Ld解析：B 等离子体垂直于磁场喷入板间时，根据左手定则可得等离子体中的正离子向金属板Q 偏转，负离子向金属板P 偏转，所以金属板Q 带正电荷，金属板P 带负电荷，则电流方向由金属棒a 端流向b 端。
高中物理带电粒子在电场中的运动-难点剖析
带电粒子在电场中的运动-难点剖析一、处理带电粒子在电场中运动的问题时，对带电粒子的受力分析和运动状态分析是关键带电粒子在电场中的运动问题就是电场中的力学问题，研究方法与力学中相同，只是要注意以下几点：1．带电粒子的受力特点：（1）重力：①有些粒子，如电子、质子、α粒子、正负离子等，除有说明或明确的暗示以外，在电场中运动时均不考虑重力；②宏观带电体，如液滴、小球等除有说明或明确的暗示以外，一般要考虑重力；③未明确说明“带电粒子”的重力是否考虑时，可用两种方法进行判断：一是比较静电力qE 与重力mg ，若qEmg ，则忽略重力，反之要考虑重力；二是题中是否有暗示(如涉及竖直方向)或结合粒子的运动过程、运动性质进行判断．（2）静电力：一切带电粒子在电场中都要受到静电力F=qE ，与粒子的运动状态无关；电场力的大小、方向取决于电场(E 的大小、方向)和电荷的正负，匀强电场中静电力为恒力，非匀强电场中静电力为变力．2．带电粒子的运动过程分析方法：（1）运动性质有：平衡(静止或匀速直线运动)和变速运动(常见的为匀变速)，运动轨迹有直线和曲线(偏转).（2）对于平衡问题，结合受力图根据共点力的平衡条件可求解．（3）对于直线运动问题可用匀变速直线运动的运动学公式和牛顿第二定律、动量定理、动量守恒定律求解；对于匀变速曲线运动问题，可考虑将其分解为两个方向的直线运动，对有关量进行分解、合成来求解.无论哪一类运动，都可以从功和能的角度用动能定理或能的转化与守恒定律来求解，其中静电力做功除一般计算功的公式外，还有W=qU 可用，这一公式对匀强和非匀强电场都适用，而且与运动路线无关．二、对粒子的偏移量和偏转角的讨论在图1-8-3中，设带电粒子质量为m ，带电荷量为q ，以速度v 0垂直于电场线射入匀强偏转电场，偏转电压为U 1．若粒子飞出电场时偏角为θ，则tan θ=x y v v ，公式中v y =at=01·v l md qU ，代入得tan θ=201m dv l qU . ①图1-8-31．若不同的带电粒子是从静止经过同一加速电压U 0加速后进入偏转电场的，则由动能定理有qU 0=21mv 02. ②由①②式得：tan θ=dU l U 012 ③ 由③式可知，粒子的偏角与粒子的q 、m 无关，仅决定于加速电场和偏转电场，即不同的带电粒子从静止经过同一电场加速后进入同一偏转电场后，它们在电场中的偏转角度总是相同的．2．粒子从偏转电场中射出时偏距y=21at 2=21m d qU 1(0v l )2，作粒子速度的反向延长线，设交于O 点，O 点与电场边缘的距离为x ，则x=22tan 2012021l mdv l qU m dv l qU y ==θ. ④ 由④式可知，粒子从偏转电场中射出时，就好像是从极板间的2l 处沿直线射出似的． 3．说明：直线加速器、示波器(示波管)、静电分选器等是本单元知识应用的几个重要实例，在处理这些实际问题时，应注意以下几个重要结论：(1)初速为零的不同带电粒子，经过同一加速电场、偏转电场，打在同一屏上时的偏转角、偏转位移相同.(2)初速为零的带电粒子经同一加速电场和偏转电场后，偏转角φ、偏转位移y 与偏转电压U 1成正比，与加速电压U 0成反比，而与带电粒子的电荷量和质量无关.(3)在结论(1)的条件下，不同的带电粒子都像是从2l 处沿末速度方向以直线射出一样，当电性相同时，在光屏上只产生一个亮点，当电性相反时，在光屏上产生两个中心对称的亮点．【例1】 在370JRB22彩色显像管中，电子从阴极至阳极通过22.5 kV 电势差被加速，试求电场力做的功是多少，电子的电势能变化了多少，电子到达阳极时的速度是多大.思路分析：在电视机显像管中，从阴极发出的电子经高压加速，以足够的能量去激发荧光屏上“像素”发光，又经扫描系统使电子束偏转，根据信号要求打到荧光屏上适当位置，就形成了图像．由于电子的电荷量q=-1.6×10-19 C ，质量m=0．91×10-30 kg ，所以W=qU=1.6×10-19×22.5×103 J=3.6×10-15 J ．电场力做正功，电势能就一定减少了，那么减少的电势能也为3.6×10-15 J ．减少的电势能转化为电子的动能，那么W=21mv 2，所以 v=30151091.0106.322--⨯⨯⨯=m W m/s =8.9×107 m/s. 答案：3.6×10-15 J 3.6×10-15 J 8.9×107 m/s温馨提示：显像管中的加速电场不是匀强电场，但公式W=qU 对一切电场都适用．【例2】如图1-8-4所示，带负电的小球静止在水平放置的平行板电容器两板间，距下板0.8 cm ，两板间的电势差为300 V ．如果两板间电势差减小到60 V ，则带电小球运动到极板上需多长时间?图1-8-4思路分析：取带电小球为研究对象，设它带电荷量为q ，则带电小球受重力mg 和电场力qE 的作用．当U 1=300 V 时，小球平衡：mg=qdU 1 ① 当U 2=60 V 时，带电小球向下板做匀加速直线运动：mg-q d U 2=ma ② 又h=21at 2，联立①②③式得：t=gU U h U )(2211-=4.5×10-2 s. 答案：4.5×10-2 s温馨提示：这是一道典型的力学综合题，涉及力的平衡、牛顿第二定律及匀变速运动的规律等知识.带电粒子的加速和偏转问题实质上是一个力学问题，我们要逐步认识这一点．三、处理带电粒子在电场中运动问题的方法及一般思维顺序1．处理方法：带电粒子在电场中的运动问题，其本质是力学知识的应用，关键在于对带电粒子的受力情况进行分析，题目的类型有：电荷的平衡、直线、曲线或往复振动问题，要将力学的研究方法灵活应用到电场中，如整体法、隔离法、正交分解法、图象法、等效法等等，处理力电综合问题解题思路仍然是依据力学中的基本规律：牛顿运动定律、功能关系等．2．处理带电粒子在电场中运动问题的思维顺序(1)弄清研究对象，明确所研究的物理过程；(2)分析物体在所研究过程中的受力情况；(3)分析物体的运动状态；(4)根据物体运动过程所满足的规律列方程求解.【例3】两平行金属板A 、B 水平放置，一个质量为m=5×10-6 kg 的带电微粒，以v 0=2 m/s 的水平速度从两板正中位置射入电场，如图1-8-5所示，A 、B 两板间距离d=4 cm ，板长L=10 cm ．图1-8-5(1)当A 、B 间的电压U AB =1 000 V 时，微粒恰好不偏转，沿图中直线射出电场，求该粒子的电荷量和电性．(2)令B 板接地，欲使该微粒射出偏转电场，求A 板所加电势的范围．思路分析：(1)当U AB =1 000 V 时，重力跟电场力相等，微粒才沿初速度v 0方向做匀速直线运动，故q d U AB =mg ，q=ABU m gd =2×10-9 C ；重力方向竖直向下，电场力方向竖直向上，而场强方向竖直向下(U AB ＞0)，所以，微粒带负电．(2)令该微粒从A 板边缘M 点飞出，设此时φA =φ1，因为φB =0，所以U AB =φ1，电场力和重力都沿竖直方向，微粒在水平方向做匀速直线运动，速度v x =v 0；在竖直方向a=md q 1ϕ-g ，侧移y=21d ，所以21d=21at 2.代入a 和t=0v L 得φ1=22220qL mgdL d mv +=2 600 V 当qE ＜mg 时，带电微粒向下偏转，竖直方向a ′=g-mdq 2ϕ，同理可得φ2=600 V 故欲使微粒射出偏转电场，A 板所加电势的范围为600 V ＜φA ＜2 600 V ．温馨提示：本题是一综合题，首先让学生明确两极板的电势差大小等于A 板的电势，因为φB =0，由微粒在电场中的偏转位移y ，进而得出φA 的范围.本题虽然没有明确指出微粒的重力是否忽略，但由题意的运动情况，可以推知微粒的重力不能忽略．【例4】在图1-8-6中，一个质量为m 、电荷量为-q 的小物体，可在水平轨道Ox 上运动，O 端有一与轨道垂直的固定墙，轨道处在场强为E 、方向沿Ox 轴正方向的匀强电场中，小物体以初速v 0从x 0点沿Ox 轨道运动，运动中受到大小不变的摩擦力f 的作用，且f ＜qE ，小物体与墙碰撞时不损失机械能.求它在停止前通过的总路程.图1-8-6思路分析：方法一：应用动能定理.设小物块共走过的路程为s ，由W=ΔE k ，得qEx 0-fs=0-21mv 02， 解得s=fmv qEx 22200+. 方法二：用能量守恒定律解．设小物块共走过路程s ，克服摩擦力做功的值为fs ，这也就是转变为内能的能量．动能与电势能的总和减少了ΔE=qEx 0+21mv 02，内能增加了ΔE ′=fs ，又由ΔE=ΔE ′=qEx 0+21mv 02=fs ，解得s=fmv qEx 22200+. 答案：fmv qEx 22200+ 温馨提示：一道综合题目，往往有不同的解法，但不论应用什么方法解题，关键是把物理过程搞清楚，通过本题可以看出利用动能定理和能量守恒定律解题，往往比较简捷．。
[高考]2013届高考物理二轮复习热点难点专题透析专题3：带电粒子在电场和磁场中的运动课件
主编
AH
名师诊断 对点集训
专案突破 决胜高考
【考情报告】
名师诊断 对点集训
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【考向预测】
带电粒子在电场、磁场(或电场、磁场和重力场的复合场)中的运动 是高中物理中的重点内容.这类问题对学生的空间想象能力、分析 综合能力、应用数学知识解决物理问题的能力有较高的要求,是考 查考生多项能力的极好载体,因此成为高考的热点.从试题的难度上
2 m qB
,可见粒子的周期与速度无关,在磁场中的运动时间取决于其
轨迹圆弧所对应的圆心角,所以从e、d射出时所用时间相等,从f点
射出时所用时间最短.
【答案】A
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6.对铀235的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要意义.如图 所示,质量为m、电荷量为q的铀235离子,从容器A下方的小孔S1不断 进入加速电场,其初速度可视为零,然后经过小孔S2垂直于磁场方向 进入磁感应强度为B的匀强磁场中,做半径为R的匀速圆周运动.离子 行进半个圆周后离开磁场并被收集,离开磁场时离子束的等效电流 为I.不考虑离子重力及离子间的相互作用.
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乙
【解析】重力与电场力不在同一直线上,因此二力不可能平衡,选 项A错误;由题意知电场力垂直极板向上,合外力水平向左且为恒 力,带电粒子做匀减速直线运动,选项C、D错误;带电粒子在运动过 程中电场力做负功,电势能逐渐增加,选项B正确.
【答案】B
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3.质量和电量都相等的带电粒子M和N,以不同的速率经小孔S垂直 进入匀强磁场,运行的半圆轨迹如图中虚线所示,下列说法正确的是
60°+RB=d,解得
高考二轮总复习课件物理(适用于老高考)专题3电场与磁场第3讲 带电粒子在复合场中的运动
动一段时间后,经坐标原点O沿z轴正方向进入磁场Ⅰ。不计离子重力。
(1)当离子甲从A点出射速度为v0时,求电场强度的大小E。
(2)若使离子甲进入磁场后始终在磁场中运动,求进入磁场时的最大速度vm。
(3)离子甲以 的速度从
2
强电场的等势面,从开始到带电粒子再次运动到x轴时,静电力做功为0,洛
伦兹力不做功,故带电粒子再次回到x轴时的速度为0,随后受静电力作用再
次进入第二象限重复向左偏转,故B正确,D错误。
4.(命题角度1)(多选)(2022山东济宁调研)如图所示,一个绝缘且内壁光滑的
环形细圆管,固定于竖直平面内,环的半径为R(比细管的内径大得多),在圆
由
m 2
qvmB=
得 vm= 。
1m
(3)粒子甲在磁场Ⅰ、Ⅱ运动的半径分别为
R1=
=
2
R2= 2R1=
2
2
由(2)的分析,如图所示,根据几何关系得
离子第四次穿过xOy平面的x坐标为x=2R1=d
y坐标为y=2R1=d
即第四次穿过xOy平面的位置坐标为(d,d,0)。
1
C.粒子射出磁场位置到 O 点的距离
D.在磁场中带电粒子运动的时间
8 0
d=
53π
t=
90
)
CD
解析 粒子运动轨迹如图所示。由题知,带电粒子在匀强电场中做类平抛运动,
根据类平抛运动规律知,沿 x 轴方向有 L=3v0t,沿
120 2
E= ,A
错误;沿 y
2
轴方向有 3
为 v= 2 + 2 =5v0,B 错误;
2013届高考物理二轮复习热点难点专题透析专题3：带电粒子在电场和磁场中的运动课件
一、不计重力的带电粒子在电场中的运动
1.带电粒子在电场中加速
电荷量为q、质量为m、初速度为v0的带电粒子经电压U加速后,速度
1 1 2 vt 2 变为vt,由动能定理得:qU= - v0 .若v0=0,则有vt=① 2m 2 m
,这个关
2qU m
系式对任意静电场都是适用的. 对于带电粒子在电场中的加速问题,应突出动能定理的应用.
【答案】B
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5.(2012年重庆模拟)如图甲所示,有一个正方形的匀强磁场区域abcd, e是ad的中点,f是cd的中点.如果在a点沿对角线方向以速度v射入一 带负电的带电粒子恰好从e点射出,则 ( )
甲
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A.如果粒子的速度增大为原来的二倍,粒子将从d点射出 B.如果粒子的速度增大为原来的三倍,粒子将从f点射出
专案突破
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乙
【解析】重力与电场力不在同一直线上,因此二力不可能平衡,选 项A错误;由题意知电场力垂直极板向上,合外力水平向左且为恒 力,带电粒子做匀减速直线运动,选项C、D错误;带电粒子在运动过 程中电场力做负功,电势能逐渐增加,选项B正确. 【答案】B
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3.质量和电量都相等的带电粒子M和N,以不同的速率经小孔S垂直 进入匀强磁场,运行的半圆轨迹如图中虚线所示,下列说法正确的是
Q N= q
M=Nm
mIt 由上式解得M= q
.
1
2mU
(3)由上式有R= q B
设m'为铀238离子的质量,由于电压在U±ΔU之间有微小变化,铀235 离子在磁场中运动的最大半径为
高中物理重难点易错专题 带电粒子(带电体)在电场中的运动问题(解析版)
带电粒子(带电体)在电场中的运动问题目录一、考向分析二、题型及要领归纳热点题型一 优化场区分布创新考察电偏转热点题型二 利用交变电场考带电粒子在运动的多过程问题热点题型三 借助电子仪器考带电粒子运动的应用问题热点题型四 带电粒子(带电体)在电场和重力场作用下的抛体运动热点题型五 带电粒子(带电体)在电场和重力场作用下的圆周运动三、压轴题速练考向分析1.本专题主要讲解带电粒子(带电体)在电场中运动时动力学和能量观点的综合运用，高考常以计算题出现。
2.学好本专题，可以加深对动力学和能量知识的理解，能灵活应用受力分析、运动分析(特别是平抛运动、圆周运动等曲线运动)的方法与技巧，熟练应用能量观点解题。
3.用到的知识：受力分析、运动分析、能量观点。
4.带电粒子在电场中的运动(1)分析方法：先分析受力情况，再分析运动状态和运动过程(平衡、加速或减速，轨迹是直线还是曲线)，然后选用恰当的规律如牛顿运动定律、运动学公式、动能定理、能量守恒定律解题。
(2)受力特点：在讨论带电粒子或其他带电体的静止与运动问题时，重力是否要考虑，关键看重力与其他力相比较是否能忽略。
一般来说，除明显暗示外，带电小球、液滴的重力不能忽略，电子、质子等带电粒子的重力可以忽略，一般可根据微粒的运动状态判断是否考虑重力作用。
5.用能量观点处理带电体的运动对于受变力作用的带电体的运动，必须借助能量观点来处理。
即使都是恒力作用的问题，用能量观点处理也常常更简捷。
具体方法有：(1)用动能定理处理思维顺序一般为：①弄清研究对象，明确所研究的物理过程。
②分析物体在所研究过程中的受力情况，弄清哪些力做功，做正功还是负功。
③弄清所研究过程的始、末状态(主要指动能)。
④根据W=ΔE k列出方程求解。
(2)用包括电势能和内能在内的能量守恒定律处理列式的方法常有两种：①利用初、末状态的能量相等(即E1=E2)列方程。
②利用某些能量的减少等于另一些能量的增加列方程。