第9章 第4讲 “带电粒子在叠加场中运动”的专题研究（课件PPT）-【新高考方案】2024高考物理一轮复习（江苏专版）

第4讲 “带电粒子在叠加场中运动”的专题研究 开始 1 01 02 类型(一)　重力场、电场、磁场的叠加问题 类型(二)　STSE中的叠加场模型 2 类型(一)　重力场、电场、磁场的叠加问题 “三步法”突破叠加场问题 “带电粒子在叠加场中运动”的专题研究 [考法全训] 类型(一)　重力场与磁场的叠加 [例1]　如图所示，半圆形光滑绝缘轨道固定在竖直平 面内，O点为其圆心，P点为轨道最低点，两个端点M、N 与O等高，匀强磁场方向与轨道平面垂直。现将一个带负电的小球自M点由静止释放，它将沿轨道做往复运动，下列说法中正确的是 (　 ) A．小球由M到N与由N到M所经历的时间相等 B．小球由M到P与由N到P过程中重力对小球做的功相等，但洛伦兹力做的功不相等 C．小球由M到P与由N到P过程中所受合外力的冲量大小不相等 D．小球经过轨道最低点时对轨道的压力大小是相等的 [答案]　A [解析]　小球所受的洛伦兹力与速度方向垂直不做功，轨道光滑没有摩擦力，只受重力作用，小球机械能守恒，小球在相同高度处速度大小相等，故小球由M到N与由N到M所经历的时间相等，A正确；小球由M到P与由N到P过程中重力对小球做的功相等，小球所受的洛伦兹力不做功，B错误； A．无论磁感应强度大小如何，获得初速度后的瞬间，小球在最低点一定受到管壁的弹力作用 B．无论磁感应强度大小如何，小球一定能到达环形细圆管的最高点，且小球在最高点一定受到管壁的弹力作用 C．无论磁感应强度大小如何，小球一定能到达环形细圆管的最高点，小球到达最高点时的速度大小可能不相同 D．小球在从环形细圆管的最低点运动到所能到达的最高点的过程中，水平方向分速度的大小一直减小 答案：B　 小球在从最低点运动到最高点的过程中，小球在下半圆内上升的过程中，水平分速度向右且不断减小，到达圆心的等高点时，水平速度为零，而运动至上半圆后水平分速度向左且不为零，所以水平分速度一定有增大的过程，D错误。 类型(二)　电场与磁场的叠加 [例2]　如图所示，在坐标系xOy平面的x＞0区域内，存在 电场强度大小E＝2×105 N/C、方向垂直于x轴的匀强电场和磁 感应强度大小B＝0.2 T、方向与xOy平面垂直向外的匀强磁场。 在y轴上有一足够长的荧光屏PQ，在x轴上的M(10 cm,0)点处有 一粒子发射枪向x轴正方向连续不断地发射大量质量m＝6.4×10－27 kg、电荷量q＝3.2×10－19 C 的带正电粒子(重力不计)，粒子恰能沿x轴做匀速直线运动。若撤去电场，并使粒子发射枪以M点为轴在xOy平面内以角速度ω＝2π rad/s顺时针匀速转动(整个装置都处在真空中)。 (1)判断电场方向，求粒子离开发射枪时的速度大小； (2)带电粒子在磁场中运动的轨迹半径； (3)荧光屏上闪光点的范围距离。 [针对训练] 2．(2022·全国甲卷)空间存在着匀强磁场和匀强电场，磁场的方向垂直于纸面(xOy平面)向里，电场的方向沿y轴正方向。一带正电的粒子在电场和磁场的作用下，从坐标原点O由静止开始运动。下列四幅图中，可能正确描述该粒子运动轨迹的是 (　 ) 答案：B 解析：在xOy平面内电场的方向沿y轴正方向，故在坐标原点O由静止开始运动的带正电粒子在电场力作用下会向y轴正方向运动。磁场方向垂直于纸面向里，根据左手定则，可判断出向y轴正方向运动的粒子同时受到沿x轴负方向的洛伦兹力，故带电粒子向x轴负方向偏转，A、C错误；由于匀强电场方向沿y轴正方向，故x轴为匀强电场的等势面，从开始到带电粒子偏转再次运动到x轴时，电场力做功为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，因受电场力作用再次进入第二象限重复向左偏转，故B正确，D错误。 (1)求直流电源的电动势E0； (2)求两极板间磁场的磁感应强度B； (3)在图中虚线的右侧设计一匀强电场，使小球离开电容器后沿直线运动，求电场强度的最小值E′。 [解题指导]　本题主要考查推理论证能力。 第(1)问：通过小球在复合场中做圆周运动的条件进行分析。 第(2)问：分析小球在两极板间的圆周运动。 第(3)问：确定电场强度的最小值。 答案：B 类型(二)　STSE中的叠加场模型 模型(一)　速度选择器 1．原理：平行板中匀强电场E和匀强磁场B互相垂直。E与B的方向要匹配，带电粒子由左向右通过速度选择器，有如图甲、乙两种方向组合，带电粒子沿直线匀速通过速度选择器时有qvB＝qE。 [注意]　(1)只能选择粒子的速度，不能选择粒子的电性、电荷量、质量。 (2)具有单一方向性：在图甲、乙中粒子只有从左侧射入才可能做匀速直线运动，从右侧射入则不能。 [例1]　(2021·北京等级考)如图所示，M为粒子加速器； N为速度选择器，两平行导体板之间