專(zhuān)題11　磁場(chǎng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)-高三物理二輪復(fù)習(xí)（命題規(guī)律+知識(shí)薈萃+經(jīng)典例題+精選習(xí)題）(江蘇專(zhuān)用)

這是一份專(zhuān)題11　磁場(chǎng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)-高三物理二輪復(fù)習(xí)（命題規(guī)律+知識(shí)薈萃+經(jīng)典例題+精選習(xí)題）(江蘇專(zhuān)用)，文件包含專(zhuān)題11磁場(chǎng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)-高三物理二輪復(fù)習(xí)命題規(guī)律+知識(shí)薈萃+經(jīng)典例題+精選習(xí)題江蘇專(zhuān)用解析版docx、專(zhuān)題11磁場(chǎng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)-高三物理二輪復(fù)習(xí)命題規(guī)律+知識(shí)薈萃+經(jīng)典例題+精選習(xí)題江蘇專(zhuān)用原卷版docx等2份試卷配套教學(xué)資源，其中試卷共62頁(yè)， 歡迎下載使用。
專(zhuān)題11 磁場(chǎng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)
【命題規(guī)律】
1、命題角度：
（1）安培定則，磁場(chǎng)的疊加，安培力的分析和計(jì)算；
（2）帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)；
（3）動(dòng)態(tài)圓模型．
（4）帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)；
（5）帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)；
（6）帶電粒子在交變場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng).
2、?？碱}型：選擇題、計(jì)算題
【知識(shí)薈萃】
★考向一、磁場(chǎng)的基本性質(zhì) 安培力
1．磁場(chǎng)的產(chǎn)生與疊加
2．安培力的分析與計(jì)算
★考向二、 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)
分析帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的方法
【特別提醒】
1.帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)
（1）粒子從同一直線邊界射入磁場(chǎng)和射出磁場(chǎng)時(shí)，入射角等于出射角.粒子經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)時(shí)速度方向的偏轉(zhuǎn)角等于其軌跡的圓心角.（如圖，θ1＝θ2＝θ3）
（2）圓形邊界（進(jìn)、出磁場(chǎng)具有對(duì)稱(chēng)性）
①沿徑向射入必沿徑向射出，如圖所示.
②不沿徑向射入時(shí).
射入時(shí)粒子速度方向與半徑的夾角為θ，射出磁場(chǎng)時(shí)速度方向與半徑的夾角也為θ，如圖所示.
2.臨界問(wèn)題
（1）解決帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題，關(guān)鍵在于運(yùn)用動(dòng)態(tài)思維，尋找臨界點(diǎn)，確定臨界狀態(tài)，根據(jù)粒子的速度方向找出半徑方向，同時(shí)由磁場(chǎng)邊界和題設(shè)條件畫(huà)好軌跡，定好圓心，建立幾何關(guān)系.
（2）粒子射出或不射出磁場(chǎng)的臨界狀態(tài)是粒子運(yùn)動(dòng)軌跡與磁場(chǎng)邊界相切.
3.多解問(wèn)題
題目描述的條件不具體，存在多解的可能性，常見(jiàn)的多解原因有：
（1）磁場(chǎng)方向不確定形成多解；
（2）帶電粒子電性不確定形成多解；
（3）速度不確定形成多解；
（4）運(yùn)動(dòng)的周期性形成多解.
★考向三、動(dòng)態(tài)圓模型
★考向四、帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)
帶電粒子依次經(jīng)過(guò)各場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程由各階段不同性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)（圓周、類(lèi)平拋、變速直線、勻速直線等）組合而成。
（1）分析研究帶電粒子在不同場(chǎng)區(qū)的運(yùn)動(dòng)。
（2）分析與計(jì)算各階段運(yùn)動(dòng)間連接點(diǎn)的速度大小與方向是解題關(guān)鍵。
（3）畫(huà)出全過(guò)程運(yùn)動(dòng)示意圖很重要。
1．正確區(qū)分“電偏轉(zhuǎn)”和“磁偏轉(zhuǎn)”
帶電粒子的“電偏轉(zhuǎn)”和“磁偏轉(zhuǎn)”的比較
2．基本思路
3．“5步”突破帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題
4．帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例
（1）質(zhì)譜儀（如圖）
原理：粒子由靜止被加速電場(chǎng)加速，qU＝eq \f(1,2)mv2。
粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，有qvB＝meq \f(v2,r)。
由以上兩式可得r＝eq \f(1,B)eq \r(\f(2mU,q))，m＝eq \f(qr2B2,2U)，eq \f(q,m)＝eq \f(2U,B2r2)。
（2）回旋加速器（如圖）
原理：交流電的周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等，粒子經(jīng)電場(chǎng)加速，經(jīng)磁場(chǎng)回旋，由qvB＝eq \f(mv2,r)，得Ekm＝eq \f(q2B2r2,2m)，可見(jiàn)同種粒子獲得的最大動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形金屬盒半徑r決定，與加速電壓無(wú)關(guān)。
★考向五、帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)
明確粒子受幾個(gè)力，結(jié)合運(yùn)動(dòng)情況，分析各力方向。
（1）電場(chǎng)與磁場(chǎng)疊加：常見(jiàn)模型有速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)、霍爾元件等。
（2）電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)疊加：無(wú)約束帶電體在疊加場(chǎng)做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)必為勻速直線運(yùn)動(dòng)；做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)必為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，重力與電場(chǎng)力平衡，洛倫茲力提供向心力。
1．三種典型情況
（1）若只有兩個(gè)場(chǎng)，合力為零，則表現(xiàn)為勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)．例如電場(chǎng)與磁場(chǎng)疊加滿(mǎn)足qE＝qvB時(shí)，重力場(chǎng)與磁場(chǎng)疊加滿(mǎn)足mg＝qvB時(shí)，重力場(chǎng)與電場(chǎng)疊加滿(mǎn)足mg＝qE時(shí)．
（2）若三場(chǎng)共存，合力為零時(shí)，粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，其中洛倫茲力F＝qvB的方向與速度v垂直．
（3）若三場(chǎng)共存，粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，則有mg＝qE，粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，即qvB＝meq \f(v2,r).
2．當(dāng)帶電粒子做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)或有約束的變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般用動(dòng)能定理或能量守恒定律求解．
3．分析
4．速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)和霍爾元件一般以單個(gè)帶電粒子為研究對(duì)象，在洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡時(shí)做勻速直線運(yùn)動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，從而求出相應(yīng)的物理量，區(qū)別見(jiàn)下表。
★考向六、帶電粒子在交變場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)
帶電粒子進(jìn)入周期性變化的電場(chǎng)或磁場(chǎng)，其運(yùn)動(dòng)隨之做周期性變化。
（1）分析清楚復(fù)合場(chǎng)一個(gè)周期內(nèi)的粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程，找到粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)間、位移、速度等的周期性變化規(guī)律。
（2）畫(huà)出運(yùn)動(dòng)過(guò)程的示意圖，有助于分析。
1．此類(lèi)問(wèn)題是場(chǎng)在時(shí)間上的組合，電場(chǎng)或磁場(chǎng)往往具有周期性，粒子的運(yùn)動(dòng)也往往具有周期性．這種情況下要仔細(xì)分析帶電粒子的受力情況和運(yùn)動(dòng)過(guò)程，弄清楚帶電粒子在每一時(shí)間段內(nèi)在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中各處于什么狀態(tài)，做什么運(yùn)動(dòng)，畫(huà)出一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡的草圖．
2．解題思路
【經(jīng)典例題】
【例題1】如圖所示，M、N為兩塊帶等量異種電荷的平行金屬板，兩板間電壓可取從零到某一最大值之間的各種數(shù)值。靜止的帶電粒子帶電荷量為＋q，質(zhì)量為m（不計(jì)重力），從點(diǎn)P經(jīng)電場(chǎng)加速后，從小孔Q進(jìn)入N板右側(cè)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于紙面向外，CD為磁場(chǎng)邊界上的一絕緣板，它與N板的夾角為θ=30°，孔Q到板的下端C的距離為L(zhǎng)，當(dāng)M、N兩板間電壓取最大值時(shí)，粒子恰垂直打在CD板上，則（ ）
A．兩板間電壓的最大值
B．能打到N板上的粒子的最大動(dòng)能為
C．粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間
D．CD板上可能被粒子打中區(qū)域的長(zhǎng)度
【例題2】回旋加速器工作原理示意圖如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，兩盒間的狹縫很小，粒子穿過(guò)的時(shí)間可忽略，它們接在電壓為U、頻率為f的交流電源上．若A處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子在加速器中被加速，下列說(shuō)法正確的是（ ）
A．若只增大交流電壓U，則質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能增大
B．若只增大交流電壓U，則質(zhì)子在回旋加速器中運(yùn)行時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)
C．若磁感應(yīng)強(qiáng)度B增大，交流電頻率f必須適當(dāng)增大才能正常工作
D．不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B和交流電頻率f，該回旋加速器也能用于加速α粒子
【例題3】如圖所示，豎直平面內(nèi)的直角坐標(biāo)系xOy中，在第一、第二象限內(nèi)分別有方向垂直于坐標(biāo)平面向里和向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在y>0的區(qū)域內(nèi)存在沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度和電場(chǎng)強(qiáng)度大小均未知。在第四象限內(nèi)有垂直坐標(biāo)平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和沿x軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E。一個(gè)帶電小球從圖中y軸上的M點(diǎn)，沿與x軸成角度斜向上做直線運(yùn)動(dòng)，由x軸上的N點(diǎn)進(jìn)入第一象限并立即做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知O、N點(diǎn)間的距離為L(zhǎng)，重力加速度大小為g。求：
（1）小球的比荷和第一象限內(nèi)勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)E1的大??；
（2）要使小球能夠進(jìn)入第二象限，求第一象限內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的大小范圍；
（3）若第一象限內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，第二象限內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，求小球穿過(guò)y軸的位置和時(shí)間的可能取值（從小球進(jìn)入第一象限開(kāi)始計(jì)時(shí)）。
【例題4】如圖甲所示，MN、PQ為間距足夠大的水平極板，緊靠極板右側(cè)放置豎直的熒光屏，在MN、PQ間加上如圖乙所示的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向下，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，時(shí)刻，比荷的正粒子以一定的速度從O1點(diǎn)沿O1O2射入極板間恰好做直線運(yùn)動(dòng)，不計(jì)粒子的重力，、、k為已知量。求：
（1）粒子從點(diǎn)射入時(shí)的速度；
（2）若粒子恰好不能打到熒光屏上，粒子偏離距離最大的時(shí)刻；
（3）若粒子在時(shí)刻以后打到熒光屏上，粒子打在熒光屏上時(shí)，速度方向與水平極板長(zhǎng)度的關(guān)系（可以用速度與水平方向之間夾角的正弦值表示）。
【精選習(xí)題】
一、單選題
1．如圖所示，一個(gè)帶正電的物體從粗糙斜面頂端滑到斜面底端時(shí)的速度為若加上一個(gè)垂直于紙面指向紙外的方向的磁場(chǎng)，則物體滑到底端時(shí)（ ）
A．v變大B．v變小C．v不變D．不能確定
2．如圖甲、乙所示的電路中，兩光滑平行導(dǎo)軌之間的距離均為L(zhǎng)，在兩導(dǎo)軌之間的平面內(nèi)都有垂直導(dǎo)軌平面向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩金屬桿完全相同、阻值均為r，均與導(dǎo)軌接觸良好。圖甲中導(dǎo)軌的左端接有阻值為R的定值電阻，金屬桿在水平拉力的作用下以速度v水平向右做勻速運(yùn)動(dòng)；圖乙中導(dǎo)軌的左端接有內(nèi)阻不計(jì)的電源，金屬桿通過(guò)跨過(guò)定滑輪的絕緣輕繩與一重物相連，桿正以速度v水平向右做勻速運(yùn)動(dòng)，電路中的電流為I。若導(dǎo)軌電阻不計(jì)，忽略所有摩擦，則下列說(shuō)法正確的是（ ）
A．兩桿所受安培力的方向相同
B．圖甲、乙中兩桿所受安培力大小之比為
C．在時(shí)間Δt內(nèi)圖甲中金屬桿產(chǎn)生的電能為
D．在時(shí)間Δt內(nèi)圖乙中電源輸出的能量為BILvΔt
3．如圖所示，水平面的abc區(qū)域內(nèi)存在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，邊界的夾角為30°，距頂點(diǎn)b為L(zhǎng)的S點(diǎn)有一粒子源，粒子在水平面內(nèi)垂直bc邊向磁場(chǎng)內(nèi)發(fā)射速度大小不同的帶負(fù)電的粒子、粒子質(zhì)量為m、電量大小為q，下列說(shuō)法正確的是（ ）
A．從邊界bc射出的粒子速度方向各不相同
B．粒子離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)到b點(diǎn)的最短距離為
C．垂直邊界ab射出的粒子的速度大小為
D．垂直邊界ab射出的粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為
4．如圖所示，圓形虛線框內(nèi)有一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，、、、是以不同速率對(duì)準(zhǔn)圓心入射的正電子或負(fù)電子的運(yùn)動(dòng)徑跡，a、b、d三個(gè)出射點(diǎn)和圓心的連線分別與豎直方向成90°、60°、45°的夾角，則下列判斷正確的是（ ）
A．沿徑跡運(yùn)動(dòng)的粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短B．沿徑跡、運(yùn)動(dòng)的粒子均為正電子
C．沿徑跡、運(yùn)動(dòng)的粒子速率比值為D．沿徑跡、運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為9：8
5．如圖，足夠長(zhǎng)的絕緣豎直桿處于正交的勻強(qiáng)電磁場(chǎng)中，電場(chǎng)方向水平向左、場(chǎng)強(qiáng)大小為E，磁場(chǎng)方向水平向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一質(zhì)量為m，電荷量為-q（q>0）的小圓環(huán)套在桿上（環(huán)內(nèi)徑略大于桿的直徑）無(wú)初速下滑。若重力加速度大小為g，圓環(huán)與桿之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為（qE