第11章 第4讲 带电粒子在组合场、叠加场中的运动 课件 -2027届高考物理一轮复习考点精讲

该高中物理高考复习课件聚焦“带电粒子在组合场、叠加场中的运动”专题，依据高考评价体系明确了组合场运动分析、叠加场平衡与圆周运动两大核心考查要求，通过考点过关梳理速度计算、轨迹半径等关键公式，归纳出计算题、选择题等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题演练+模型建构+科学推理”的备考策略，如以2025广东卷同步加速器模型为实例，运用动能定理和洛伦兹力公式突破磁场偏转半径计算，培养学生运动和相互作用观念及科学思维素养。设置考纲衔接典例解析，帮助学生掌握几何关系分析等答题技巧，教师可据此精准指导，提升复习效率。

第十一章　磁场 第4讲　带电粒子在组合场、叠加场中的运动 -- 第十一章　磁场 1．能分析带电粒子在电场、磁场组合场中的运动。 2．能分析带电粒子在电场、磁场和重力场的叠加场中的运动。 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 D -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 B -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 -- 第十一章　磁场 谢谢观看 -- 第十一章　磁场 考点一　带电粒子在组合场中的运动 【考点内化】 带电粒子在组合场中的运动问题。 （1）带电粒子(不计重力)在匀强电场中可能做匀变速直线运动，也可能做类平抛运动。带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。 （2）试题组合可能是先电场加速、后磁场偏转，也可能是先磁场偏转、后电场偏转，还可能在电场、磁场中多次出入等。 【考点过关】 1．如图甲，已知匀强电场电压 U，带正电粒子电荷量为q、质量为m、重力不计。在下列几种情境下，求粒子离开电场时速度v的大小。 甲　　　　　　　乙 　　 (1)在左极板附近释放，v0＝0，v＝____________。 (2)在电场正中央释放，v0＝0，v＝____________。 (3)在左极板小孔进入，v0> 0，v＝____________。 (4)若将匀强电场改为辐射电场，其他不变，如图乙。在发射极附近释放，v0＝0，v＝____________。 2．如图，已知两平行导体板水平放置，导体板长度为 l，板间距离为 d，电场电压为U，有一电荷量为q、质量为m、重力不计的带正电粒子，以水平初速度大小 v0垂直电场方向进入电场。求带电粒子： (1)在电场中的运动时间t的大小，t＝___________。 (2)在电场中的加速度a的大小，a＝___________。 (3)离开电场时，位移竖直方向分量y的大小，y＝___________。 (4)离开电场时，速度竖直方向分量vy的大小，vy＝___________。 (5)离开电场时，偏转角θ的正切tan θ的大小，tan θ＝___________。 3．如图，带电荷量为q的粒子，以速度v垂直磁场方向射入足够大的、磁感应强度为B的匀强磁场中，设只受洛伦兹力作用。求带电粒子： (1)运动的轨迹半径r，r＝___________。 (2)运动的周期T，T＝___________。 (3)当带电粒子转过的圆心角为θ(弧度)时，所用时间为t，t＝___________。 【考教衔接】 　( 教材改编)如图，M、N为水平放置的一对平行金属板，极板间距为d，长l＝ d，所加电压U＝U0。金属板右侧有一以CD、EF两竖直线为边界的匀强磁场，磁感应强度为B，方向如图。现有质量为m、带电荷量为q的负离子(重力不计)从静止开始经电场 U0加速后，沿水平方向由金属板MN正中央射入，经电场、磁场后从边界EF水平射出。求： (1)离子射入金属板MN时初速度的大小。 (2)离子离开金属板MN时速度的大小和方向。 (3)离子在磁场中运动的时间。 解答：(1)加速电场中，由动能定理得qU0＝mv02， 得离子进入金属板MN时速度的大小v0＝。 (说明：用牛顿第二定律与运动学公式也可以：a＝，2ad0＝v02) (2)离子在偏转电场中，水平方向有t＝，竖直方向有a＝， F＝qE，E＝，vy＝at， 离子离开金属板MN时速度的大小v＝＝2， cos θ＝＝，θ＝30°，方向与水平方向成30°角偏向M板。 (3)离子进入磁场做匀速圆周运动，由题意得运动轨迹如图。 可知速度改变角等于圆心角等于30°。根据洛伦兹力提供向心力，有qvB＝，T＝，t＝T＝。 　 【练习1】　(单选)(2025广东卷)某同步加速器简化模型如图所示，其中仅直通道PQ内有加速电场，三段圆弧内均有可调的匀强偏转磁场B。带电荷量为－q、质量为m的离子以初速度v0从P处进入加速电场后，沿顺时针方向在加速器内循环加速。已知加速电压为U，磁场区域中离子的偏转半径均为R。忽略离子重力和相对论效应。下列说法正确的是(　　) A．偏转磁场的方向垂直纸面向里 B．第1次加速后，离子的动能增加了2qU C．第k次加速后，离子的速度大小变为 D．第k次加速后，偏转磁场的磁感应强度大小应为 解析：直线通道PQ有电势差为U的加速电场，离子带负电，离子沿顺时针方向运动，由左手定则可知，偏转磁场的磁感应强度方向垂直纸面向外，故A错误；根据题意，由动能定理可知，加速一次后，离子的动能增量为qU，由于洛伦兹力不做功，则加速k次后，离子的动能增量为kqU，由动能定理有kqU＝mv2－mv02，解得v＝＝，故BC错误；离子在偏转磁场中运动的半径为R，则有qvB＝m，联立解得B＝＝ ＝，故D正确。 【练习2】　某肿瘤治疗新技术是通过电子撞击目标靶，使目标靶放出X射线，对肿瘤进行准确定位，再进行治疗，其原理如图所示。圆形区域内充满垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度为B。水平放置的目标靶长为2l，靶左端M与磁场圆心O的水平距离为l、竖直距离为l。从电子枪逸出的电子(质量为m、电荷量为e，初速度可以忽略)经匀强电场加速时间t后，以速度v0沿PO方向射入磁场(PO与水平方向夹角为60°)，恰好击中M点。求： (1)匀强电场场强的大小。 (2)匀强磁场的方向及电子在磁场中运动的时间。 (3)为保证电子击中目标靶MN，匀强电场场强的大小范围。(匀强电场极板间距不变) 解答：(1)电子穿过匀强电场过程中，由动量定理得E1et＝mv0，解得E1＝。 (2)由左手定则，可知匀强磁场的方向为垂直纸面向里；电子在磁场中运动时，由洛伦兹力提供向心力得ev0B＝m，周期为T＝，联立可得T＝。设OM与竖直方向夹角为α，则有tan α＝＝，可得α＝30°，由题图中几何关系可知，电子在磁场中运动轨迹对应的圆心角为120°，则电子在磁场中运动时间为t′＝ T＝。 (3)①当电子击中M点时，电子在磁场中的偏转半径为R＝，设匀强磁场区域半径为r，由几何关系得tan 30°＝。②当电子击中N点时，设ON与竖直方向夹角为β，则有tan β＝＝，可得β＝60°，由几何关系知电子在磁场中运动轨迹对应的圆心角为90°，则偏转半径为R1＝＝r＝R，则有v1＝v0，即电子穿过匀强电场后的速度为v1，由动能定理得eE2d＝mv12，设极板间距离为d，则有d＝t，联立解得E2＝，则匀强电场场强的范围为≤E≤。 【练习3】　(2021广东适应)如图所示，M、N两金属圆筒是直线加速器的一部分，M与N的电势差为U；棱长为2L的立方体区域abcd-a′b′c′d′内有竖直向上的匀强磁场。一质量为m、电荷量为＋q的粒子以初速度v0水平进入圆筒M左侧的小孔。粒子在每个筒内均做匀速直线运动，在两筒间做匀加速直线运动。粒子自圆筒N出来后，从正方形add′a′的中心垂直进入磁场区域，最后从正方形abb′a′的中心垂直飞出磁场区域，忽略粒子受到的重力。求： (1)粒子进入磁场区域时的速率。 (2)磁感应强度的大小。 解答：(1)粒子在电场中加速，由动能定理可得qU＝mv2－mv02，解得v＝。 (2)根据题意从正方形add′a′ 的中心垂直进入磁场区域，最后从正方形abb′a′的中心垂直飞出磁场区域，分析可得粒子在磁场中运动的轨道半径R＝L，在磁场中运动时洛伦兹力提供向心力，即qBv＝m，解得B＝。 考点二　带电粒子在叠加场中的运动 【考点内化】 三种场的比较。 比较项 受力的特点 功和能的特点 典型运动 重力场 大小：G＝mg。 方向：竖直向下 重力做功与路径无关；重力做功改变物体的重力势能 自由落体运动、抛体运动 电场 大小：F＝qE。 方向：与电场强度E方向共线(正电荷受力方向与电场强度方向相同，负电荷受力方向与电场强度方向相反) 电场力做功与路径无关；W＝qU，电场力做功改变电势能 匀变速直线运动、类平抛运动 磁场 大小：F＝qvB(v⊥B)。 方向：使用左手定则判断 洛伦兹力永不做功，不改变带电粒子的动能 匀速直线运动、匀速圆周运动 三场共存时：若做直线运动，则一定是匀速直线运动；若做匀速圆周运动，则一定满足mg＝qE 【考点过关】 (单选)一对平行金属板中存在匀强电场和匀强磁场，其中电场的方向与金属板垂直，磁场的方向与金属板平行且垂直纸面向里，如图所示。一质子(H)以速度v0自O点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动。下列粒子分别自O点沿中轴线射入，能够做匀速直线运动的是(所有粒子均不考虑重力的影响)(　　) A．以速度射入的正电子(e) B．以速度v0射入的电子(e) C．以速度2v0射入的氘核(H) D．以速度4v0射入的α粒子(He) 解析：根据题述，质子(H)以速度v0自O点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动，可知质子所受的电场力和洛伦兹力平衡，即qE＝qv0B，因此满足速度v＝＝v0的粒子才能够做匀速直线运动。故选B。 【考教衔接】 　(教材改编)一带电液滴在互相垂直的匀强电场和匀强磁场中做半径为R的匀速圆周运动。已知电场强度为E，方向竖直向下，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，如图所示。 (1)求匀速圆周运动的周期T。 (2)电场力竖直向上，与电场强度的方向相反，故带电液滴应带什么电？ (3)带电液滴是顺时针转还是逆时针转？ 解答：(1)重力与电场力的方向不能改变，它们不可能提供圆周运动的向心力，故它们一定等大反向，相互抵消，由qE＝mg，得比荷＝， 又T＝，把＝代入上式，得T＝。 (2)负电。 (3)顺时针转。 点评：(1)带电液滴所受重力与电场力必定等大反向，相互抵消。为此可先判断液滴的电性及转动的方向，得到液滴的比荷＝，再计算匀速圆周运动的周期。(2)洛伦兹力提供向心力，这样就转化为带电液滴在纯磁场做匀速圆周运动的情形，按其知识解答。 $