第9章 第3讲 第1课时 强化科学思维——带电粒子在组合场中的运动（课件PPT）-【创新方案】2024高考物理一轮复习（老教材 新高考）

第三讲　带电粒子在复合场中的运动 第1课时　强化科学思维—带电粒子在组合场中的运动 高考对本课时内容的考查，主要集中在质谱仪与回旋加速器、带电粒子在三类组合场中的运动、带电粒子在交变电磁场中的运动。其中对质谱仪与回旋加速器的考查，主要以选择题的形式呈现，难度中档；对带电粒子在三类组合场中的运动和带电粒子在交变电磁场中运动的考查，难度较大，常以压轴题的形式考查，但考虑到一轮复习的实际情况，本课时在编排时对习题的难度进行了适当控制。 类型(一)　带电粒子在三类组合场中的运动 1．分析带电粒子在组合场中运动的方法 2．“电偏转”与“磁偏转”的比较   垂直电场线进入匀强电场(不计 重力) 垂直磁感线进入匀强磁场(不计 重力) 受力 情况 电场力FE＝qE，其大小、方向不变，与速度v无关，FE是恒力 洛伦兹力FB＝qvB，其大小不变，方向随v而改变，FB是变力 轨迹 抛物线 圆或圆的一部分 运动轨迹示例 续表 考法(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]　 (2023·铜川模拟) CT扫描是计算机X射线断层扫描技术的简称，CT扫描机可用于对多种病情的探测。图(a)是某种CT机主要部分的剖面图，其中X射线产生部分的示意图如图(b)所示。图(b)中M、N之间有一电子束的加速电场，虚线框内有匀强偏转磁场；经调节后电子束从静止开始沿带箭头的实线所示的方向前进，打到靶上，产生X射线(如图中带箭头的虚线所示)；将电子束打到靶上的点记为P点。则 ( 　 ) A．M处的电势高于N处的电势 B．增大M、N之间的加速电压可使P点左移 C．偏转磁场的方向垂直于纸面向外 D．增大偏转磁场磁感应强度的大小可使P点左移 [答案]　D 考法(二)　先磁场后电场 对于粒子从磁场进入电场的运动，常见的有两种情况： (1)进入电场时粒子速度方向与电场方向相同或相反，如图甲所示，粒子在电场中做加速或减速运动，用动能定理或运动学公式列式。 (2)进入电场时粒子速度方向与电场方向垂直，如图乙所示，粒子在电场中做类平抛运动，用平抛运动知识分析。 [例2]　(2022·文昌模拟)在如图所示的平面直角坐标系中，存在一个半径R＝0.2 m的圆形匀强磁场区域，磁感应强度B＝1.0 T，方向垂直纸面向外，该磁场区域的右边缘与y坐标轴相切于原点O点。y轴右侧存在一个匀强电 场，方向沿y轴正方向，电场区域宽度l＝0.1 m。现从坐标为 (－0.2 m，－0.2 m)的P点发射出质量m＝2．0×10－9 kg、带电荷 量q＝5.0×10－5 C的带正电粒子，沿y轴正方向射入匀强磁场，速度大小v0＝5.0×103 m/s(粒子重力不计)。 (1)带电粒子从坐标为(0.1 m,0.05 m)的点射出电场，求该电场强度的大小； (2)为了使该带电粒子能从坐标为(0.1 m，－0.05 m)的点回到电场，可在紧邻电场的右侧区域内加匀强磁场，试求所加匀强磁场的磁感应强度大小和方向。 [答案]　(1)1.0×104 N/C　(2)4 T，方向垂直纸面向外 考法(三)　先后多个电磁场 “5步”突破带电粒子在组合场中的运动问题 [例3]　(2023·宜宾联考)如图所示，在矩形区域ABCD内存 在竖直向上的匀强电场，在BC右侧Ⅰ、Ⅱ两区域存在匀强磁场， L1、L2、L3是磁场的边界(BC与L1重合)，两磁场区域宽度相同， 方向如图所示，区域Ⅰ的磁感强度大小为B1。一带电荷量为q(q＞0)、质量为m(重力不计)的点电荷从AD边中点以初速度v0沿水平向右方向进入电场，点电荷恰好从B点进入磁场，经区域Ⅰ后又恰好从与B点同一水平高度处进入区域Ⅱ。已知AB长度是BC长度的 倍。 (1)求带电粒子到达B点时的速度大小； (2)求磁场的宽度L； (3)要使点电荷在整个磁场中运动的时间最长，求区域Ⅱ的磁感应强度B2的最小值。 类型(二)　带电粒子在交变电磁场中的运动 解决带电粒子在交变电磁场中运动问题的基本思路： 读图 了解场的变化情况 受力分析 分析粒子在各变化场区的受力情况 过程分析 分析粒子在不同时间段内的运动情况 找衔接点 找出衔接相邻过程及状态的物理量 选规律 针对不同阶段列方程求解 题型(一)　电场周期性变化，磁场不变 [例1]　(2023·达州模拟)如图甲所示，宽度为d的竖直狭长区域内(边界为L1、L2)，存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场(如图乙所示)，电场强度的大小为E0，E>0表示电场方向竖直向上。t＝0时，一带正