3模块3 专题10 带电粒子在复合场中的运动-【备考最优解】2025版高考物理二轮专题复习教用课件

专题十　带电粒子 在复合场中的运动 二 轮 专 题 复 习 命题点1 1 命题点2 2 命题点3 3 内容 索引 命题点4 4 命题点1 PART 01 第一部分 命题点1　复合场中运动的实例分析 近3年5卷5考 　　　(2024·广西南宁市一模)质谱仪在物理研究中起着非常重要的作用。如图是质谱仪的工作原理示意图。粒子源(在加速电场上方，未画出)产生的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的磁感应强度和匀强电场的电场强度分别为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下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。不计带电粒子所受的重力和粒子间的作用力，下列表述正确的是(　　) 返回导航 二 轮 专 题 复 习 √ 返回导航 二 轮 专 题 复 习 [解析]　根据带电粒子在磁场中的偏转方向及左手定则知，该粒子带正电，则在速度选择器中电场力水平向右，洛伦兹力应水平向左，根据左手定则知，磁场方向垂直于纸面向外，A错误。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 　　　(多选)(2024·天津南开区质检)回旋加速器是用来加速带电粒子使它们获得很大动能的仪器。其核心部分是两个D形金属盒，两盒分别和一电压为U的高频交流电源两极相接，从而在盒内的狭缝中形成交变电场，使粒子每次穿过狭缝时都得到加速，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于D形盒。粒子源A能不断释放出电荷量为q、质量为m的带电粒子(初速度可以忽略，重力不计)。已知D形盒半径为R，忽略粒子在电场中运动的时间，不考虑加速过程中引起的粒子质量变化，下列说法正确的是(　　) 返回导航 二 轮 专 题 复 习 √ √ √ 返回导航 二 轮 专 题 复 习 [解析]　粒子在电场中被加速，在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力不做功，所以粒子只从电场中获得能量，故A正确； 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 　　　(多选)(2024·湖北卷，T9)磁流体发电机的原理如图所示，MN和PQ是两平行金属极板，匀强磁场垂直于纸面向里。等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子)从左侧以某一速度平行于极板喷入磁场，极板间便产生电压。下列说法正确的是(　　) A．极板MN是发电机的正极 B．仅增大两极板间的距离，极板间的电压减小 C．仅增大等离子体的喷入速率，极板间的电压增大 D．仅增大喷入等离子体的正、负带电粒子数密度，极板间的电压增大 √ √ 返回导航 二 轮 专 题 复 习 [解析]　带正电的离子受到的洛伦兹力向上偏转，极板MN带正电为发电机正极，A正确； 返回导航 二 轮 专 题 复 习 命题视角：题目以“磁流体发电机的原理”为命题情境，主要考查了带电粒子在叠加场中的运动。是教材中内容和题目的拓展，是常规题目。 方法技巧：带电粒子在叠加场中运动的实例都具有共同特点：洛伦兹力和电场力相互平衡。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 　　　(2024·江西卷，T7)石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维蜂窝状晶格结构新材料，具有丰富的电学性能。现设计一电路测量某二维石墨烯样品的载流子(电子)浓度。如图(a)所示，在长为a，宽为b的石墨烯表面加一垂直向里的匀强磁场，磁感应强度为B，电极1、3间通以恒定电流I，电极2、4间将产生电压U。当I＝1.00×10－3 A时，测得U－B关系图线如图(b)所示，元电荷e＝1.60×10－19 C，则此样品每平方米载流子数最接近(　　) A．1.7×1019 B．1.7×1015 C．2.3×1020 D．2.3×1016 √ 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 命题视角：题目以“测量某二维石墨烯样品的载流子(电子)浓度”为命题情境，实际上仍然考查的是带电粒子在叠加场中的运动。 方法技巧：与以上几个实例的应用一样，带电粒子在叠加场中运动的实例都具有共同特点：洛伦兹力和电场力相互平衡。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 命题点2 PART 02 第二部分 命题点2　带电粒子在叠加场中的运动 近3年7卷7考 1．若只有两个场存在且带电粒子所受合力为零，则粒子做匀速直线运动或处于静止状态。例如电场与磁场的叠加场中满足qE＝qvB；重力场与磁场的叠加场中满足mg＝qvB；重力场与电场的叠加场中满足mg＝qE。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 　　　(多选)(2024·安徽卷，T10)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(　　) 返回导航 二 轮 专 题 复 习 √ √ √ 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 命题视角：题目以“带电油滴在叠加场中做圆周运动”为命题情境，主要考查了带电粒子在复合场中做圆周运动的条件(重力和电场力的合力为零)、动量守恒定律的应用、圆周运动等知识，属于常规题目。 方法技巧：审题时抓住“当a运动到最低点P时，瞬间分成两个小油滴Ⅰ、Ⅱ”这句话，知道该过程满足动量守恒定律，是解题的关键。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 (1)求粒子的速度大小v0。 [答案]　2×104 m/s　 返回导航 二 轮 专 题 复 习 (2)求电场强度大小E。 [解析]　带电粒子在区域Ⅱ中做匀速直线运动，由平衡条件有qBv0＝qE 解得E＝1×103 N/C。 [答案]　1×103 N/C　 返回导航 二 轮 专 题 复 习 (3)某时刻开始电场强度大小突然变为2E(不考虑电场变化产生的影响)，其他条件保持不变，一段时间后，粒子经过P点，P点的纵坐标y＝－0.2 m，求粒子经过P点的速度大小vP。 [答案]　6×104 m/s 返回导航 二 轮 专 题 复 习 命题点3 PART 03 第三部分 命题点3　带电粒子在组合场中的运动 近3年18卷18考 1．偏转模型 (1)电偏转：带电粒子垂直进入匀强电场中。 (2)磁偏转：带电粒子垂直进入匀强磁场中。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 2．思维流程 (1)带电粒子在电场中的运动 ①若带电粒子做匀变速直线运动，用牛顿运动定律、运动学公式或动能定理求解； ②若带电粒子做类平抛运动，用常规分解法或功能关系求解。 (2)带电粒子在磁场中的运动 ①若带电粒子做匀速直线运动，用平衡条件、运动学公式求解； ②若带电粒子做匀速圆周运动，用圆周运动公式、牛顿运动定律以及几何知识求解。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 (1)判断带电粒子的电性并求其所带的电荷量q。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 (2)求金属板的板间距离D和带电粒子在t＝t0时刻的速度大小v。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 (3)求从t＝0时刻开始到带电粒子最终碰到上金属板的过程中，电场力对粒子做的功W。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 命题视角：题目以“带电粒子在组合场中的运动”为命题情境，主要考查了带电粒子在交变电场中的运动特点、电场力做功等知识。 方法技巧：审题时要抓住“在t＝t0时刻从下板左端边缘位置水平向右进入金属板间的电场内”和“在t＝3t0时刻从下板右端边缘位置再次水平进入金属板间的电场”这两个关键条件，根据带电粒子在电场中偏转特点，充分利用运动的对称性分析问题。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 命题点4 PART 04 第四部分 命题点4　动量观点在电场或磁场中的应用 近3年8卷8考 　　　(2022·江苏卷，T13)利用云室可以知道带电粒子的性 质，如图所示，云室中存在磁感应强度大小为B的匀强磁场， 一个质量为m、速度为v的电中性粒子在A点分裂成带等量异 号电荷的粒子a和b，a、b在磁场中的径迹是两条相切的圆弧， 相同时间内的径迹长度之比la∶lb＝3∶1，半径之比ra∶rb＝6∶1，不计重力及粒子间的相互作用力。求： 返回导航 二 轮 专 题 复 习 (1)粒子a、b的质量之比ma∶mb； [答案]　2∶1　 返回导航 二 轮 专 题 复 习 (2)粒子a的动量大小pa。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 命题视角：题目以“利用云室研究带电粒子的性质”为命题情境，主要考查了带电粒子在匀强磁场中的运动规律和动量守恒定律的应用。 方法技巧：带电粒子分裂过程中，没有外力作用，动量守恒。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 √ 返回导航 二 轮 专 题 复 习 [解析]　该过程中系统动能和电势能相互转化，能量守恒，对整个系统分析可知系统受到的合外力为0，故动量守恒；当三个小球运动到同一条直线上时，根据对称性可知细线中的拉力相等，此时球3受到1和2的电场力大小相等，方向相反，故可知此时球3受到的合力为0，球3从静止状态开始运动，瞬间受到的合力不为0，故该过程中小球3受到的合力在改变，故A、B错误； 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 审题与规范答题(三)——带电粒子运动型 【审题定位】 1．正确分析受力和运动特征是解决问题的前提 (1)应把带电粒子的运动和受力情况结合起来分析，带电粒子在复合场中所受合外力为零时，做匀速直线运动。 (2)带电粒子所受的重力和电场力等大、反向时，洛伦兹力提供向心力，带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动。 (3)带电粒子所受的合外力是变力，且与初速度方向不在一条直线上时，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。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 2．灵活选用力学规律是解题的关键 (1)当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，应根据平衡条件列方程求解。 (2)当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，往往应用牛顿第二定律和平衡条件列方程联立求解。 (3)当带电粒子在复合场中做非匀变速曲线运动时，应注意把运动分解，应用动能定理或能量守恒定律列方程求解。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 一质量为m、带电荷量为＋q(q>0)的小球从P(－l，l)点静止释放，③沿直线运动到Q(0，l)点，④进入第一象限，从x轴上的M(图中未画出)点进入第四象限。已知重力加速度为g，求： (1)第二象限中电场强度E1的大小； (2)带电小球在M点的速度大小及小球从P点运动到M点的时间； (3)带电小球第5次经过x轴时到原点O的距离。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 (1)第二象限中电场强度E1的大小； 返回导航 二 轮 专 题 复 习 (2)带电小球在M点的速度大小及小球从P点运动到M点的时间； 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 (3)带电小球第5次经过x轴时到原点O的距离。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 [答案]　　π　 【审题模板】 序号 隐含条件分析 物理规律表达 ① 与x轴成45°的匀强电场E1，电荷带正电 可得电场力方向斜向右上方 ② 场强大小为E2＝ 可知带电粒子在第四象限做匀速圆周运动 ③ 沿直线运动到Q点 说明合力的方向水平向右 ④ 进入第一象限 第一象限只受重力，做平抛运动 $