资源简介 培优点1 带电粒子在复合场中的运动1.带电粒子在组合场中运动问题的处理方法(1)按照进入不同的场的时间顺序分成几个不同的阶段。(2)分析带电粒子在各场中的受力情况和运动情况。若粒子进入电场区域,则其运动为加速(减速)以及偏转两大类运动,而进入磁场区域时,粒子通常做匀速圆周运动。(3)画出带电粒子的运动轨迹,注意运用几何知识,找出相应的几何关系与物理关系。(4)注意确定粒子在组合场交界处的速度大小与方向,该速度往往是联系两段运动的“桥梁”。2.(1)重力场、静电场和磁场,其中两场共存时,粒子受其中两个力的合力为零,则其表现为匀速直线运动状态或静止状态。(2)重力场、静电场和磁场三场共存①合力为零时,粒子做匀速直线运动,其中洛伦兹力F=qvB的方向与速度v垂直。②粒子做匀速圆周运动时,则有mg=qE,粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,即qvB=m。3.“配速法”求解摆线问题(1)适用条件:①在叠加场中;②合力做功不为零。(2)方法:把速度分解为两个分速度,使其中一个分速度对应的洛伦兹力与重力(或静电力、或重力和静电力的合力)平衡,使粒子在这个方向上做匀速直线运动,另一个分速度产生的洛伦兹力使粒子做匀速圆周运动,粒子的运动轨迹为摆线。初速度为零时,速度分解为两个等大反向的速度;初速度不为零时,按矢量分解法则分解。考点一 带电粒子在组合场中的运动1.(2024·青海西宁市三模)如图所示,一虚线将xOy坐标系分为上下两部分,虚线交y轴于P点、交x轴于Q点,∠PQO=60°。虚线上方区域为垂直PQ指向左下方的匀强电场,电场强度大小为E;下方区域为垂直于平面向里的匀强磁场,磁感应强度未知。一带电荷量为+q、质量为m的粒子从P点以速度v0沿x轴正方向抛出,不计重力,此后运动过程中其轨迹与虚线边界的第一个交点为M、第二个交点为N(M、N两点未画出)。(1)(3分)求从P点运动至M点的过程中,粒子离虚线边界的最远距离;(2)(5分)若PM=MN,求磁感应强度的大小。2.(2024·黑吉辽·15)现代粒子加速器常用电磁场控制粒子团的运动及尺度。简化模型如图:Ⅰ、Ⅱ区宽度均为L,存在垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度等大反向;Ⅲ、Ⅳ区为电场区,Ⅳ区电场足够宽,各区边界均垂直于x轴,O为坐标原点。甲、乙为粒子团中的两个电荷量均为+q,质量均为m的粒子。如图,甲、乙平行于x轴向右运动,先后射入Ⅰ区时速度大小分别为v0和v0。甲到P点时,乙刚好射入Ⅰ区。乙经过Ⅰ区的速度偏转角为30°,甲到O点时,乙恰好到P点。已知Ⅲ区存在沿+x方向的匀强电场,电场强度大小E0=。不计粒子重力及粒子间相互作用,忽略边界效应及变化的电场产生的磁场。(1)(3分)求磁感应强度的大小B;(2)(3分)求Ⅲ区宽度d;(3)(6分)Ⅳ区x轴上的电场方向沿x轴,电场强度E随时间t、位置坐标x的变化关系为E=ωt-kx,其中常系数ω>0,ω已知、k未知,取甲经过O点时t=0。已知甲在Ⅳ区始终做匀速直线运动,设乙在Ⅳ区受到的电场力大小为F,甲、乙间距为Δx,求乙追上甲前F与Δx间的关系式(不要求写出Δx的取值范围)。【点拨·提炼】考点二 带电粒子在叠加场中的运动3.(2024·河北省二模)如图所示,在竖直面内的直角坐标系xOy中,在第二象限内存在沿x轴正方向的匀强电场和磁感应强度大小为B、方向垂直坐标平面向里的匀强磁场;在第一象限内存在方向竖直向上的匀强电场和磁感应强度大小也为B、方向垂直坐标平面向外的匀强磁场。一带正电的小球P从x轴上的A点以某一速度沿AK方向做直线运动,AK与x轴正方向的夹角θ=60°,从K点进入第一象限后小球P恰好做匀速圆周运动,经过x轴时竖直向下击中紧贴x轴上方静止的带电小球Q,碰后两球结合为一个结合体M,之后M从y轴上的F点离开第四象限,第四象限存在匀强磁场,方向如图所示。已知重力加速度大小为g,小球P、Q带电荷量均为q、质量均为m,均可视为质点,不计空气阻力。(1)(3分)求第二象限与第一象限内电场的电场强度大小之比;(2)(4分)求小球Q静止的位置距O点的距离;(3)(3分)若结合体M进入第四象限时的速度为v,M在第四象限运动时的最大速度为2v,则当其速度为2v时,结合体M距x轴的距离是多少?考点三 “配速法”解摆线问题4.(2024·黑龙江大庆市模拟)如图所示,两平行极板水平放置,两板间有垂直纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场,磁场的磁感应强度为B。一束质量均为m、电荷量均为+q的粒子,以不同速率沿着两板中轴线PQ方向进入板间后,速率为v的甲粒子恰好做匀速直线运动;速率为的乙粒子在板间的运动轨迹如图中曲线所示,A为乙粒子第一次到达轨迹最低点的位置。不计粒子受到的重力及粒子间的相互作用,求:(1)(2分)两板间电场强度的大小;(2)(4分)乙粒子偏离中轴线的最远距离;(3)(4分)乙粒子运动过程中的最大速度。1.(多选)(2024·安徽卷·10)空间中存在竖直向下的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场,电场强度大小为E,磁感应强度大小为B。一质量为m的带电油滴a,在纸面内做半径为R的圆周运动,轨迹如图所示。当a运动到最低点P时,瞬间分成两个小油滴Ⅰ、Ⅱ,二者带电量、质量均相同。Ⅰ在P点时与a的速度方向相同,并做半径为3R的圆周运动,轨迹如图所示。Ⅱ的轨迹未画出。已知重力加速度大小为g,不计空气浮力与阻力以及Ⅰ、Ⅱ分开后的相互作用,则:A.油滴a带负电,所带电量的大小为B.油滴a做圆周运动的速度大小为C.小油滴Ⅰ做圆周运动的速度大小为,周期为D.小油滴Ⅱ沿顺时针方向做圆周运动2.(2024·甘肃卷·15)质谱仪是科学研究中的重要仪器,其原理如图所示。Ⅰ为粒子加速器,加速电压为U;Ⅱ为速度选择器,匀强电场的电场强度大小为E1,方向沿纸面向下,匀强磁场的磁感应强度大小为B1,方向垂直纸面向里;Ⅲ为偏转分离器,匀强磁场的磁感应强度大小为B2,方向垂直纸面向里。从S点释放初速度为零的带电粒子(不计重力),加速后进入速度选择器做直线运动、再由O点进入分离器做圆周运动,最后打到照相底片的P点处,运动轨迹如图中虚线所示。(1)(4分)粒子带正电还是负电?求粒子的比荷。(2)(2分)求O点到P点的距离。(3)(6分)若速度选择器Ⅱ中匀强电场的电场强度大小变为E2(E2略大于E1),方向不变,粒子恰好垂直打在速度选择器右挡板的O'点上。求粒子打在O'点的速度大小。答案精析高频考点练1.(1) (2)解析 (1)将v0在沿电场强度方向和垂直电场强度方向分解,当沿电场强度方向速度减至0时,粒子离虚线边界最远,根据牛顿第二定律有qE=mat1=最远距离s=a=(2)粒子轨迹如图所示。粒子从P→M在垂直电场强度方向上做匀速直线运动,则PM=v0sin 30°·2t1=粒子从M到N做匀速圆周运动,由qv0B0=m整理得R0=由几何关系知MN=2R0cos 30°=结合PM=MN解得B0=。2.(1) (2)πL(3)F=·Δx解析 (1)对乙粒子,如图所示由洛伦兹力提供向心力qv0B=m由几何关系sin 30°=联立解得磁感应强度的大小为B=(2)由题意可知,根据对称性,乙在磁场中运动的时间为t1=2××=对甲粒子,由对称性可知,甲粒子沿着直线从P点到O点,由运动学公式d=v0t1+a由牛顿第二定律a==联立可得Ⅲ区宽度为d=πL(3)甲粒子经过O点时的速度为v甲=v0+at1=3v0因为甲在Ⅳ区始终做匀速直线运动,则E=0,即ωt=kx=k×3v0t可得k=设乙粒子经过Ⅲ区的时间为t2,乙粒子在Ⅳ区运动时间为t0,则t=t0+t2对乙可得=ω(t0+t2)-kx2整理可得x2=3v0(t0+t2)-对甲可得x1=3v0(t0+t2)则Δx=x1-x2=化简可得乙追上甲前F与Δx间的关系式为F=·Δx。3.(1) (2)(+2) (3)解析 (1)小球P沿AK方向做直线运动,由于洛伦兹力与速度有关,可知其一定做匀速直线运动,受力如图所示根据受力平衡及几何关系可得=tan θ小球Q静止在第一象限,则qE1=mg联立可得=tan θ=(2)小球P竖直向下击中Q,轨迹如图所示根据洛伦兹力提供向心力有qvB=mrsin θ+r=d小球P在第二象限中有qvBcos θ=mg联立解得d=(+2)(3)结合体在第四象限中洛伦兹力对它不做功,只有重力做功,根据动能定理可得2mgh=×2m(2v)2-×2mv2解得h=。4.(1)Bv (2) (3)v解析 (1)速率为v的甲粒子恰好做匀速直线运动,则qE=Bqv,解得两板间电场强度的大小为E=Bv;(2)(3)解法1:配速法将在P点的速度分解为向右的v和向左的其中向右的v产生的洛伦兹力qvB=qE,向左的在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动qB=解得r=ymax=2r=vmax=+v=v。解法2:动量定理+动能定理法对甲:qvB=qE①对乙:从开始至最低点的过程中,根据动能定理qEym=m-m()2②粒子在y方向的速度产生x方向的洛伦兹力,即Fx=qBvy取沿x方向移动一小段时间Δt,根据动量定理:FxΔt=qBvy·Δt③式子中vy·Δt表示粒子沿y方向运动的距离则从开始至最远点的过程qBym=m(vm-)④由①②④得ym=vm=v。补偿强化练1.ABD [油滴a做圆周运动,故重力与静电力平衡,可知带负电,有mg=Eq解得q=故A正确;根据洛伦兹力提供向心力有Bqv=m联立解得油滴a做圆周运动的速度大小为v=故B正确;设小油滴Ⅰ的速度大小为v1,得v1B=·解得v1=周期为T==故C错误;带电油滴a分离前后动量守恒,设分离后小油滴Ⅱ的速度为v2,取油滴a分离前瞬间的速度方向为正方向,得mv=v1+v2,解得v2=-由于分离后的小液滴受到的静电力和重力仍然平衡,分离后小油滴Ⅱ的速度方向与正方向相反,根据左手定则可知小油滴Ⅱ沿顺时针方向做圆周运动,故D正确。]2.(1)带正电 (2)(3)解析 (1)粒子在Ⅲ中磁场所受洛伦兹力方向向上,根据左手定则可知粒子带正电;设粒子的质量为m,电荷量为q,粒子进入速度选择器时的速度为v0,在加速电场中,由动能定理qU=m在速度选择器中粒子做匀速直线运动,由平衡条件qv0B1=qE1联立解得,粒子的比荷为=(2)在Ⅲ中由洛伦兹力提供向心力qv0B2=m可得O点到P点的距离为OP=2r=(3)粒子进入Ⅱ瞬间,粒子受到向上的洛伦兹力F洛=qv0B1向下的静电力F=qE2由于E2>E1,且qv0B1=qE1所以通过配速法,如图所示其中满足qE2=q(v0+v1)B1则粒子在速度选择器中水平向右以速度v0+v1做匀速直线运动的同时,竖直方向以v1做匀速圆周运动,当速度转向到水平向右时,满足垂直打在速度选择器右挡板的O'点的要求,故此时粒子打在O'点的速度大小为v'=v0+v1+v1=。(共44张PPT)专题一 力与运动培优点1带电粒子在复合场中的运动知识聚焦高频考点练内容索引核心精讲补偿强化练知识聚焦PART ONE1.带电粒子在组合场中运动问题的处理方法(1)按照进入不同的场的时间顺序分成几个不同的阶段。(2)分析带电粒子在各场中的受力情况和运动情况。若粒子进入电场区域,则其运动为加速(减速)以及偏转两大类运动,而进入磁场区域时,粒子通常做匀速圆周运动。(3)画出带电粒子的运动轨迹,注意运用几何知识,找出相应的几何关系与物理关系。(4)注意确定粒子在组合场交界处的速度大小与方向,该速度往往是联系两段运动的“桥梁”。核心精讲PART TWO2.(1)重力场、静电场和磁场,其中两场共存时,粒子受其中两个力的合力为零,则其表现为匀速直线运动状态或静止状态。(2)重力场、静电场和磁场三场共存①合力为零时,粒子做匀速直线运动,其中洛伦兹力F=qvB的方向与速度v垂直。②粒子做匀速圆周运动时,则有mg=qE,粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,即qvB=m。3.“配速法”求解摆线问题(1)适用条件:①在叠加场中;②合力做功不为零。(2)方法:把速度分解为两个分速度,使其中一个分速度对应的洛伦兹力与重力(或静电力、或重力和静电力的合力)平衡,使粒子在这个方向上做匀速直线运动,另一个分速度产生的洛伦兹力使粒子做匀速圆周运动,粒子的运动轨迹为摆线。初速度为零时,速度分解为两个等大反向的速度;初速度不为零时,按矢量分解法则分解。考点一 带电粒子在组合场中的运动1.(2024·青海西宁市三模)如图所示,一虚线将xOy坐标系分为上下两部分,虚线交y轴于P点、交x轴于Q点,∠PQO=60°。虚线上方区域为垂直PQ指向左下方的匀强电场,电场强度大小为E;下方区域为垂直于平面向里1234高频考点练PART THREE的匀强磁场,磁感应强度未知。一带电荷量为+q、质量为m的粒子从P点以速度v0沿x轴正方向抛出,不计重力,此后运动过程中其轨迹与虚线边界的第一个交点为M、第二个交点为N(M、N两点未画出)。(1)求从P点运动至M点的过程中,粒子离虚线边界的最远距离;1234答案 1234将v0在沿电场强度方向和垂直电场强度方向分解,当沿电场强度方向速度减至0时,粒子离虚线边界最远,根据牛顿第二定律有qE=mat1=最远距离s=a=(2)若PM=MN,求磁感应强度的大小。1234答案 粒子轨迹如图所示。粒子从P→M在垂直电场强度方向上做匀速直线运动,则PM=v0sin 30°·2t1=粒子从M到N做匀速圆周运动,由qv0B0=m整理得R0=由几何关系知MN=2R0cos 30°=结合PM=MN解得B0=。12342.(2024·黑吉辽·15)现代粒子加速器常用电磁场控制粒子团的运动及尺度。简化模型如图:Ⅰ、Ⅱ区宽度均为L,存在垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度等大反向;Ⅲ、Ⅳ区为电场区,Ⅳ区电场足够宽,各区边界均垂直于x轴,O为坐标原点。甲、乙为粒子团中的两个电荷量均为+q,质量均为m的粒子。如图,甲、乙平行于x轴向右运动,先后射入Ⅰ区时速度大小分别为v0和v0。甲到P点时,乙刚好射入Ⅰ区。乙经过Ⅰ区的速度偏转角为30°,甲到O点时,乙恰好到P点。已知Ⅲ区存在沿+x方向的匀强电场,电场强度大小E0=。不计粒子重力及粒子间相互作用,忽略边界效应及变化的电场产生的磁场。1234(1)求磁感应强度的大小B;答案 12341234对乙粒子,如图所示由洛伦兹力提供向心力qv0B=m由几何关系sin 30°=联立解得磁感应强度的大小为B=(2)求Ⅲ区宽度d;答案 πL 12341234由题意可知,根据对称性,乙在磁场中运动的时间为t1=2×× =对甲粒子,由对称性可知,甲粒子沿着直线从P点到O点,由运动学公式d=v0t1+a由牛顿第二定律a==联立可得Ⅲ区宽度为d=πL(3)Ⅳ区x轴上的电场方向沿x轴,电场强度E随时间t、位置坐标x的变化关系为E=ωt-kx,其中常系数ω>0,ω已知、k未知,取甲经过O点时t=0。已知甲在Ⅳ区始终做匀速直线运动,设乙在Ⅳ区受到的电场力大小为F,甲、乙间距为Δx,求乙追上甲前F与Δx间的关系式(不要求写出Δx的取值范围)。答案 F=·Δx12341234甲粒子经过O点时的速度为v甲=v0+at1=3v0因为甲在Ⅳ区始终做匀速直线运动,则E=0,即ωt=kx=k×3v0t可得k=设乙粒子经过Ⅲ区的时间为t2,乙粒子在Ⅳ区运动时间为t0,则t=t0+t21234对乙可得=ω(t0+t2)-kx2整理可得x2=3v0(t0+t2)-对甲可得x1=3v0(t0+t2)则Δx=x1-x2=化简可得乙追上甲前F与Δx间的关系式为F=·Δx。1234点拨·提炼考点二 带电粒子在叠加场中的运动3.(2024·河北省二模)如图所示,在竖直面内的直角坐标系xOy中,在第二象限内存在沿x轴正方向的匀强电场和磁感应强度大小为B、方向垂直坐标平面向里的匀强磁场;在第一象限内存在方向竖直向上的匀强电场和磁感应强度大小也为B、方向垂直坐标平面向外的匀强磁场。一带正电的小球P从x轴上的A点以某一速度沿AK方向做直线运动,AK与x轴正方向的夹角θ=60°,从K点进入第一象限后小球P恰好做匀速圆周运动,经过x轴时竖直向下击中紧贴x轴上方静止的带电小球Q,碰后两球结合为一个结合体M,之后M从y轴上的F点离开第四象限,第四象限存在匀强磁场,方向如图所示。已知重力加速度大小为g,小球P、Q带电荷量均为q、质量均为m,均可视为质点,不计空气阻力。1234(1)求第二象限与第一象限内电场的电场强度大小之比;答案 12341234小球P沿AK方向做直线运动,由于洛伦兹力与速度有关,可知其一定做匀速直线运动,受力如图所示根据受力平衡及几何关系可得=tan θ小球Q静止在第一象限,则qE1=mg联立可得=tan θ=(2)求小球Q静止的位置距O点的距离;答案 (+2) 12341234小球P竖直向下击中Q,轨迹如图所示根据洛伦兹力提供向心力有qvB=mrsin θ+r=d小球P在第二象限中有qvBcos θ=mg联立解得d=(+2)(3)若结合体M进入第四象限时的速度为v,M在第四象限运动时的最大速度为2v,则当其速度为2v时,结合体M距x轴的距离是多少?答案 12341234结合体在第四象限中洛伦兹力对它不做功,只有重力做功,根据动能定理可得2mgh=×2m(2v)2-×2mv2解得h=。1234考点三 “配速法”解摆线问题4.(2024·黑龙江大庆市模拟)如图所示,两平行极板水平放置,两板间有垂直纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场,磁场的磁感应强度为B。一束质量均为m、电荷量均为+q的粒子,以不同速率沿着两板中轴线PQ方向进入板间后,速率为v的甲粒子恰好做匀速直线运动;速率为的乙粒子在板间的运动轨迹如图中曲线所示,A为乙粒子第一次到达轨迹最低点的位置。不计粒子受到的重力及粒子间的相互作用,求:1234(1)两板间电场强度的大小;答案 Bv 速率为v的甲粒子恰好做匀速直线运动,则qE=Bqv,解得两板间电场强度的大小为E=Bv;1234(2)乙粒子偏离中轴线的最远距离;答案 (3)乙粒子运动过程中的最大速度。答案 v1234(2)(3)解法1:配速法将在P点的速度分解为向右的v和向左的,其中向右的v产生的洛伦兹力qvB=qE,向左的在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动qB=解得r=ymax=2r=vmax=+v=v。1234解法2:动量定理+动能定理法对甲:qvB=qE ①对乙:从开始至最低点的过程中,根据动能定理qEym=m-m()2 ②粒子在y方向的速度产生x方向的洛伦兹力,即Fx=qBvy取沿x方向移动一小段时间Δt,根据动量定理:FxΔt=qBvy·Δt ③1234式子中vy·Δt表示粒子沿y方向运动的距离则从开始至最远点的过程qBym=m(vm-) ④由①②④得ym=,vm=v。1.(多选)(2024·安徽卷·10)空间中存在竖直向下的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场,电场强度大小为E,磁感应强度大小为B。一质量为m的带电油滴a,在纸面内做半径为R的圆周运动,轨迹如图所示。当a运动到最低点P时,瞬间分成两个小油滴Ⅰ、Ⅱ,二者带电量、质量均相同。12补偿强化练PART FOURⅠ在P点时与a的速度方向相同,并做半径为3R的圆周运动,轨迹如图所示。Ⅱ的轨迹未画出。已知重力加速度大小为g,不计空气浮力与阻力以及Ⅰ、Ⅱ分开后的相互作用,则A.油滴a带负电,所带电量的大小为B.油滴a做圆周运动的速度大小为C.小油滴Ⅰ做圆周运动的速度大小为,周期为D.小油滴Ⅱ沿顺时针方向做圆周运动12√√√12油滴a做圆周运动,故重力与静电力平衡,可知带负电,有mg=Eq解得q=,故A正确;根据洛伦兹力提供向心力有Bqv=m联立解得油滴a做圆周运动的速度大小为v=,故B正确;设小油滴Ⅰ的速度大小为v1,得v1B=·解得v1=,周期为T==,故C错误;12带电油滴a分离前后动量守恒,设分离后小油滴Ⅱ的速度为v2,取油滴a分离前瞬间的速度方向为正方向,得mv=v1+v2,解得v2=-,由于分离后的小液滴受到的静电力和重力仍然平衡,分离后小油滴Ⅱ的速度方向与正方向相反,根据左手定则可知小油滴Ⅱ沿顺时针方向做圆周运动,故D正确。122.(2024·甘肃卷·15)质谱仪是科学研究中的重要仪器,其原理如图所示。Ⅰ为粒子加速器,加速电压为U;Ⅱ为速度选择器,匀强电场的电场强度大小为E1,方向沿纸面向下,匀强磁场的磁感应强度大小为B1,方向垂直纸面向里;Ⅲ为偏转分离器,匀强磁场的磁感应强度大小为B2,方向垂直纸面向里。从S点释放初速度为零的带电粒子(不计重力),加速后进入速度选择器做直线运动、再由O点进入分离器做圆周运动,最后打到照相底片的P点处,运动轨迹如图中虚线所示。12(1)粒子带正电还是负电?求粒子的比荷。答案 带正电 12粒子在Ⅲ中磁场所受洛伦兹力方向向上,根据左手定则可知粒子带正电;设粒子的质量为m,电荷量为q,粒子进入速度选择器时的速度为v0,在加速电场中,由动能定理qU=m在速度选择器中粒子做匀速直线运动,由平衡条件qv0B1=qE1联立解得,粒子的比荷为=12(2)求O点到P点的距离。答案 在Ⅲ中由洛伦兹力提供向心力qv0B2=m可得O点到P点的距离为OP=2r=12(3)若速度选择器Ⅱ中匀强电场的电场强度大小变为E2(E2略大于E1),方向不变,粒子恰好垂直打在速度选择器右挡板的O'点上。求粒子打在O'点的速度大小。答案 12粒子进入Ⅱ瞬间,粒子受到向上的洛伦兹力F洛=qv0B1向下的静电力F=qE2由于E2>E1,且qv0B1=qE1所以通过配速法,如图所示其中满足qE2=q(v0+v1)B112则粒子在速度选择器中水平向右以速度v0+v1做匀速直线运动的同时,竖直方向以v1做匀速圆周运动,当速度转向到水平向右时,满足垂直打在速度选择器右挡板的O'点的要求,故此时粒子打在O'点的速度大小为v'=v0+v1+v1=。 展开更多...... 收起↑ 资源列表 专题一 培优点1 带电粒子在复合场中的运动.docx 专题一 培优点1 带电粒子在复合场中的运动.pptx