第九章 第3讲　带电粒子在复合场中的运动-2021高考物理【赢在微点】大一轮复习顶层设计微讲·微练（word）全国卷人教版

第3讲　带电粒子在复合场中的运动 一、带电粒子在复合场中的运动 1．复合场与组合场 (1)复合场：电场、磁场、重力场共存，或其中某两场eq \a\vs4\al(共存)。 (2)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、磁场分时间段或分区域交替eq \a\vs4\al(出现)。 2．运动情况分类 (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，将处于静止状态或匀速直线运动状态。 (2)匀速圆周运动：当带电粒子所受的重力与电场力大小相等，方向相反时，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匀速圆周运动。 (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条直线上时，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子的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。 二、带电粒子在复合场中运动的应用实例 (判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。) 1．带电粒子在复合场中不可能处于静止状态。(×) 2．带电粒子在复合场中做匀速圆周运动，必有mg＝qE，洛伦兹力提供向心力。(×) 3．回旋加速器中带电粒子获得的最大动能由加速电压大小决定。(×) 4．带电粒子在重力、恒定电场力、洛伦兹力三个力共同作用下做直线运动时可能做变速直线运动。(×) 1．(带电粒子在复合场中的直线运动)带正电的甲、乙、丙三个粒子(不计重力)分别以速度v甲、v乙、v丙垂直射入电场和磁场相互垂直的复合场中，其轨迹如图所示，则下列说法正确的是(　　) A．v甲＞v乙＞v丙 B．v甲＜v乙＜v丙 C．甲的速度可能变大 D．丙的速度不一定变大 解析　由左手定则可判断正电荷所受洛伦兹力向上，而所受的电场力向下，由运动轨迹可判断qv甲B＞qE即v甲＞eq \f(E,B)，同理可得v乙＝eq \f(E,B)，v丙＜eq \f(E,B)，所以v甲＞v乙＞v丙，故A项正确，B项错误；电场力对甲做负功，甲的速度一定减小，对丙做正功，丙的速度一定变大，故C、D两项错误。 答案　A 2．(带电粒子在复合场中的匀速圆周运动)(多选)如图所示，质量为m、电荷量为q的微粒，在竖直向下的匀强电场、水平指向纸内的匀强磁场以及重力的共同作用下做匀速圆周运动，下列说法正确的是(　　) A．该微粒带负电，电荷量q＝eq \f(mg,E) B．若该微粒在运动中突然分成比荷相同的两个粒子，分裂后只要速度不为零且速度方向仍与磁场方向垂直，它们均做匀速圆周运动 C．如果分裂后，它们的比荷相同，而速率不同，那么它们运动的轨道半径一定不同 D．只要一分裂，不论它们的比荷如何，它们都不可能再做匀速圆周运动 解析　带电微粒在有电场力、洛伦兹力和重力作用的区域能够做匀速圆周运动，说明重力必与电场力大小相等、方向相反，由于重力方向总是竖直向下，故微粒受电场力方向向上，从题图中可知微粒带负电，A项正确；微粒分裂后只要比荷相同，所受电场力与重力一定平衡(选项A中的等式一定成立)，只要微粒的速度不为零，必可在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，B项正确，D项错误；根据半径公式r＝eq \f(mv,qB)可知，在比荷相同的情况下，半径只跟速率有关，速率不同，则半径一定不同，C项正确。 答案　ABC 3．(带电粒子在组合场中的运动)(多选)如图所示是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。平板S下方有强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是(　　) A．质谱仪是分析同位素的重要工具 B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于eq \f(E,B) D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小 解析　因同位素原子的化学性质完全相同，无法用化学方法进行分析，故质谱仪就成为同位素分析的重要工具，A项正确；在速度选择器中，带电粒子所受电场力和洛伦兹力在粒子沿直线运动时应等大反向，结合左手定则可知B项正确；再由qE＝qvB有v＝eq \f(E,B)，C项正确；在匀强磁场B0中R＝eq \f(mv,qB0)，所以eq \f(q,m)＝eq \f(v,B0R)，D项错误。 答案　ABC 考点　带电粒子在组合场中的运动 考|点|微|探 1．组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，电场、磁场交替出现。 2．分析思路 (1)划分过程：将粒子运动的过程划分为几个不同的阶段，对不同的阶段选取不同的规律处理。 (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