48 第10章 素养提升课(10) 带电粒子在组合场中的运动（PPT课件）-【金版新学案】2024高考物理大一轮复习讲义·高三总复习（新教材新高考版）

素养提升课（十）　带电粒子在组合场中的运动 第十章　磁场 提升点一　带电粒子在组合场中的运动 提升点二　带电粒子在组合场中运动的应用实例 聚焦学科素养 拓展视野提能力——“磁发散”与“磁汇聚” 课时精练(四十八)　带电粒子在组合场中的运动 内容索引 01 提升点一　带电粒子在组合场中的运动 (多维细研类) 【重难诠释】 1．组合场的两种类型 (1)电场与磁场各位于不重叠的区域内。 (2)在同一区域，电场、磁场交替出现。 2．电场、磁场中带电粒子的运动及解答方法 【典例精析】 考向1　磁场与磁场的组合 磁场与磁场的组合问题的实质是两个有界磁场中的圆周运动的组合问题： 1．由于洛伦兹力不做功，所以带电粒子在两个磁场中的速度大小一定相等，但轨迹半径和运动周期往往不同。 2．解题时要充分利用两段圆弧轨迹的衔接点与两圆心共线的特点，寻找有关几何关系是解题的关键。 例1 (2022·广东高考)如图所示，一个立方体空间被对角平面MNPQ划分成两个区域，两区域分布有磁感应强度大小相等、方向相反且与z轴平行的匀强磁场。一质子以某一速度从立方体左侧垂直Oyz平面进入磁场，并穿过两个磁场区域。下列关于质子运动轨迹在不同坐标平面的投影中，可能正确的是 √ A　[由题意知当质子射出后先在MN左侧运动，刚射出时根据左手定则可知在MN受到y轴正方向的洛伦兹力，即在MN左侧会向y轴正方向偏移，做匀速圆周运动，y轴坐标增大；在MN右侧根据左手定则可知洛伦兹力反向，质子在y轴正方向上做减速运动，故A正确，B错误；根据左手定则可知质子在整个运动过程中都只受到平行于xOy平面的洛伦兹力作用，在z轴方向上没有运动，z轴坐标不变，故CD错误。故选A。] 考向2　先电场后磁场 常见的两种运动组合 1．带电粒子先在匀强电场中做匀加速直线运动，然后垂直进入匀强磁场做匀速圆周运动。图例：甲、乙所示。 2．带电粒子先在匀强电场中做类平抛运动，然后垂直进入磁场做匀速圆周运动。图例：丙、丁所示。 (1)求粒子发射位置到P点的距离； (2)求磁感应强度大小的取值范围； (3)若粒子正好从QN的中点射出磁场，求粒子在磁场中的轨迹与挡板MN的最近距离。 【题眼点拨】 (1)看到“求粒子发射位置到P点的距离”，想到“需要先求出粒子发射位置到P点的水平位移x、竖直位移y，然后应用勾股定理求解该距离”。 (2)看到“求磁感应强度大小的取值范围”，想到“带电粒子在磁场中运动的两个临界轨迹：分别恰好从Q、N点射出”。 (3)看到“求粒子在磁场中的轨迹与挡板MN的最近距离”，想到“粒子在磁场中的轨迹与挡板MN的最近距离的条件：轨迹的切线与挡板MN平行时或圆弧的半径与挡板MN垂直时。” 考向3　先磁场后电场 带电粒子由磁场进入电场的两种常见情景： 1．带电粒子由磁场进入电场时速度方向与电场同向或反向(如图甲所示)。 2．带电粒子由磁场进入电场时速度方向与电场方向垂直(如图乙所示)。 (1)求OP两点的距离； (2)求粒子在磁场中运动的时间； (3)当该粒子经过P点的同时，在电场中的N点由静止释放另一个完全相同的带电粒子，若两粒子在离开电场前相遇且所需时间最长，求N点的坐标。 解析：　(1)带电粒子在第二象限内做匀速圆周运动，轨迹如图所示，圆心为C 考向4　先后多个电场、磁场 　“5步”突破带电粒子在组合场中的运动问题 丙 根据几何关系可知离子甲、乙运动轨迹第一个交点在离子乙第一次穿过x轴的位置，如图丁所示 丁 02 提升点二　带电粒子在组合场中运动的应用实例 (多维细研类) 【典例精析】 考向1　质谱仪 质谱仪的功能、构造及原理 1．功能：质谱仪是测量带电粒子质量(或比荷)、分离同位素的仪器。 2．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。 例5 (多选)如图所示为一种质谱仪的示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内为均匀辐向电场，在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外。一质量为m、电荷量为q的粒子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 √ √ 考向2　回旋加速器 回旋加速器的功能、构造及原理 1．功能：回旋加速器是利用磁场使带电粒子做回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置。 2．构造：如图所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒处于匀强磁场中，D形盒的缝隙处接交流电源。 例6 (2022·北京市首都师范大学附属中学模拟)劳伦 斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如 图所示。置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒 间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略。磁感