高考新课标三维物理 通用版 二轮专题复习 带电粒子在复合场中的运动

高考新课标三维物理 通用版 二轮专题复习 带电粒子在复合场中的运动内容摘要：

1、第 3 讲 带电粒子在复合场中的运动带电粒子在组合场中的运动(解读命题角度 )【典 题 感 知 】例 1(2012天津高考 )对铀 235 的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要意义。 如图 331 所示，质量为 m、电荷量为 q 的铀 235 离子，从容器 A 下方的小孔 断飘入加速电场，其初速度可视为零，然后经过小孔 直于磁场方向进入磁感应强度为 B 的匀强磁场中，做半径为 R 的匀速圆周运动，离子行进半个圆周后离开磁场并被 图331收集，离开磁场时离子束的等效电流为 I。 不考虑离子重力及离子间的相互作用。 (1)求加速电场的电压 U。 (2)求出在离子被收集的过程中任意时间 t 内收集到离子 2、的质量 M。 (3)实际上加速电压的大小会在 UU 范围内微小变化。 若容器 A 中有电荷量相同的铀235 和铀 238 两种离子，如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离，为使这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠， 应小于多少。 (结果用百分数表示，保留两位破题关键点(1)时间 t 内被收集的离子的总电荷量如何表示。 它与被收集的离子个数有什么关系。 请写出表达式。 (2)离子圆周运动的半径与离子的质量和加速电压有怎样的关系。 试推导之。 (3)为使两种离子在磁场中的运动轨迹不发生重叠，两种粒子运动的轨道半径应满足什么关系。 解析 (1)设离子经电场加速后进入磁场时的速度为 v，由动能定理得12离子 3、在磁场中做匀速圆周运动，所受洛伦兹力充当向心力，即m 式解得 U )设在 t 时间内收集到的离子个数为 N，总电荷量为 Q，则 Q m 由式解得 M )由式有 R 1B 2m为铀 238 离子的质量，由于电压在 UU 之间有微小变化，铀 235 离子在磁场中最大半径为 1B 2mU U38 离子在磁场中最小半径为R 1B 2m U Uq 10这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠的条件为 即 1B 2mU Uq 1B 2m U Um(U U)m(UU) UU m 35 离子的质量 m235 u(u 为原子质量单位)，铀 238 离子的质量m238 u，故 38 u 235 u 235 案 (1 4、) (2) (3)握类题通法)【理 论 升 华 】一、基础知识要记牢带电粒子的“磁偏转”和“电偏转”的比较匀强磁场中的“磁偏转” 匀强电场中的“电偏转”受力特征v 垂直于 B 时，v 不垂直于 B 时，FB B 为变力，只改变 v 的方向无论 v 是否与 E 垂直， E 为恒力运动规律圆周运动(vB) T ，r 2vE) vxv 0， t v 0t，y子所能偏转的角度不受限制 ，因做类平相等的时间内偏转角度往往不等动能变化 动能不变 动能发生变化二、方法技巧要用好分析带电粒子在组合场中运动问题的方法(1)带电粒子依次通过不同场区时，由受力情况确定粒子在不同区域的运动情况。 (2)根据区域和运动规 5、律的不同，将粒子运动的过程划分为几个不同的阶段，对不同的阶段选取不同的规律处理。 (3)正确地画出粒子的运动轨迹图。 三、易错易混要明了带电粒子通过不同场区的交界处时速度的大小和方向关系。 带电粒子在复合场中的运动(解读命题角度 )【典 题 感 知 】例 2(2012浙江高考 )如图 332 所示，两块水平放置、相距为 d 的长金属板接在电压可调的电源上。 两板之间的右侧区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。 将喷墨打印机的喷口靠近上板下表面，从喷口连续不断喷出质量均为 m、水平速度均为 相等电荷量的墨滴。 图332调节电源电压至 U，墨滴在电场区域恰能沿水平向右做匀速直线运动；进入电场、磁场共存区域后， 6、最终垂直打在下板的 M 点。 (1)判断墨滴所带电荷的种类，并求其电荷量；(2)求磁感应强度 B 的值；(3)现保持喷口方向不变，使其竖直下移到两板中间的位置。 为了使墨滴仍能到达下板M 点，应将磁感应强度调至 B，则 B的大小为多少。 思路点拨解答本题时应注意以下两点：(1)墨滴在板间受力情况。 (2)根据墨滴的运动轨迹确定其做圆周运动的半径大小。 解析 (1)墨滴在电场区域做匀速直线运动，有q 得：q 荷所受电场力向上，可知：墨滴带负电荷。 (2)墨滴垂直进入电、磁场共存区域，重力仍与电场力平衡，合力等于洛伦兹力，墨滴做匀速圆周运动，有m 知墨滴在该区域恰好完成四分之一圆周运动，则半径Rd 由式得B 7、 )根据题设，墨滴运动轨迹如图所示，设圆周运动半径为R，有m 图示可得R 2d 2( R )2 d 54联立式可得：B4案 (1)负电荷 (2) (3)(掌握类题通法 )【理 论 升 华 】一、基础知识要记牢1带电粒子在复合场中的运动情况分析带电粒子在复合场中做什么运动，取决于带电粒子所受的合外力及其初始状态的速度，因此应把带电粒子的运动情况和受力情况结合起来进行分析。 (1)当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，做匀速直线运动( 如速度选择器)。 (2)当带电粒子所受的重力与电场力等值反向，洛伦兹力提供向心力时，带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动。 2带电粒子在复合场中的受力情况分析(1) 8、带电粒子在复合场中的运动问题是电磁学知识和力学知识的结合，分析方法和力学问题的分析方法基本相同，不同之处是多了电场力、洛伦兹力。 (2)带电粒子在复合场中的运动问题除了利用力学即动力学观点、能量观点来分析外，还要注意电场和磁场对带电粒子的作用特点，如电场力做功与路径无关，洛伦兹力方向始终和运动速度方向垂直永不做功等。 二、方法技巧要用好分析带电粒子在复合场中运动问题的基本解题思路三、易错易混要明了1忽略带电体的重力导致错误带电体的重力是否忽略，关键看重力与其他力大小的关系比较，一般一些微观粒子如电子、质子、 粒子等的重力忽略不计，而一些宏观带电体，如带电小球、带电液滴等重力一般不能忽略。 2不能挖掘出隐含条件导致错误带电粒子在复合场中的运动，往往会出现临界状态或隐含条件，应以题目中的“恰好”“最大” “最高” “至少”等词语为突破口，挖掘隐含条件，并根据临界条件列出辅助方程，再与其他方程联立求解。