专题八带电粒子在复合场中的运动..docx

专题八　带电粒子在复合场中的运动【知识必备】(本专题对应学生用书第31~36页)知 识 必 备一、 两种场的模型及三种场力1. 两种场模型(1) 组合场模型：电场、磁场、重力场(或其中两种场)并存，但各位于一定区域，并且互不重叠.(2) 复合场模型：电场、磁场、重力场(或其中两种场)并存于同一区域.2. 三种场力(1) 重力：G=mg，总是竖直向下，为恒力，做功只取决于初、末位置的高度差.(2) 电场力：F=qE，方向与场强方向及电荷电性有关，做功只取决于初、末位置的电势差.(3) 洛伦兹力：F洛=qvB(v⊥B)，方向用左手定则判定，洛伦兹力永不做功.二、 带电粒子的运动1. 匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，带电粒子做匀速直线运动.如速度选择器.2. 匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与静电力平衡时，带电粒子可以在洛伦兹力的作用下，在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动.3. 较复杂的曲线运动当带电粒子所受的合外力是变力，且与速度方向不在同一条直线上，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子的运动轨迹不是圆弧，也不是抛物线.4. 分阶段运动带电粒子可能依次通过几个性质不同的复合场区域，其运动情况随区域情况发生变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成.【能力呈现】应试指导【考情分析】 201420152016带电粒子在复合场中的运动T9：霍尔元件T15：带电粒子在电磁场中的运动T15：带电粒子在电磁场中的运动【备考策略】带电粒子在复合场中的运动是高考的重点和热点，如在复合场中的直线运动以及依次通过电场和磁场的运动，题目与共点力平衡、牛顿运动定律、能量守恒、动能定理、圆周运动等联系在一起，且多与实际问题相结合，主要考查学生分析问题的能力、综合能力和利用数学方法解决问题的能力，题目综合性强、难度大.分析带电粒子在复合场中运动的方法可归纳为：受力分析是根本，运动分析是关键，把握规律是重点，挖掘临界条件破难点.能力摸底1. (2016·新课标Ⅰ卷)现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定.质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场.若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍.此离子和质子的质量比约为(　)A. 11 B. 12 C. 121 D. 144【答案】 D【解析】 粒子在电场中加速，设离开加速电场的速度为v，则qU=mv2，粒子进入磁场做圆周运动，半径r==，因两粒子轨道半径相同，故离子和质子的质量比为144，选项D正确.2. (多选)(2016·金陵中学)如图，一个质量为m、电荷量为+q的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中.现给圆环一个水平向右的初速度v0，在以后的运动中，下列说法正确的是(　)A. 圆环可能做匀减速运动B. 圆环可能做匀速直线运动C. 圆环克服摩擦力所做的功不可能为mD. 圆环克服摩擦力所做的功可能为m-【答案】 BD【解析】 当qv0Bmg时，圆环做减速运动到静止，速度在减小，洛伦兹力减小，杆的支持力和摩擦力都发生变化，所以不可能做匀减速运动，故A项错误；当qv0B=mg时，圆环不受支持力和摩擦力，做匀速直线运动，故B项正确；当qv0Bmg时，圆环做减速运动到静止，只有摩擦力做功，根据动能定理得-W=0-m，得W=m，当qv0Bmg时，圆环先做减速运动，等到qvB=mg时，不受摩擦力，做匀速直线运动，v=，根据动能定理得-W=mv2-m，代入解得W=m-，故C项错误，D项正确.3. (多选)(2016·南通、泰州、扬州、淮安二模)如图所示，含有HHHe的带电粒子束从小孔O1处射入速度选择器，沿直线O1O2运动的粒子在小孔O2处射出后垂直进入偏转磁场，最终打在P1、P2两点. 则 (　)A. 打在P1点的粒子是HeB. 打在P2点的粒子是H和HeC. O2P2的长度是O2P1长度的2倍D. 粒子在偏转磁场中运动的时间都相等【答案】 BC【解析】 粒子在速度选择器中沿直线前进时，qE=qvB，v=，则从O2出来的粒子速度相同，粒子进入偏转磁场时，r=，则有∶∶=1∶2∶2，O2P1和O2P2为粒子的直径，所以打在P1点的粒子是H，打在P2点的粒子是H和He，A项错误，B、C选项正确；粒子在偏转磁场中的偏转周期为T=，则有∶∶=1∶2∶2，三种粒子均转过半圈，所以∶∶=1∶2∶2，D项错误.4. (多选)(2016·扬州一模)回旋加速器工作原理示意图如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时间可忽略，它们接在电压为U、频率为f的