人教版高考物理一轮总复习精品课件 第九章 磁场 专题5 带电粒子在复合场中的运动.ppt

考点三带电粒子在交变电、磁场中的运动[师生共研]1.解决带电粒子在交变电场、磁场中的运动问题时,关键要明确粒子在不同时间段内、不同区域内的受力特性,对粒子的运动情境、运动性质做出判断。2.这类问题一般都具有周期性,在分析粒子运动时,要注意粒子的运动周期、电场周期、磁场周期之间的关系。3.带电粒子在交变电磁场中运动仍遵循牛顿运动定律、运动的合成与分解、动能定理、能量守恒定律等力学规律,所以此类问题的研究方法与质点动力学相同。典例突破典例3.(2021湖南衡阳高三一模)在芯片制造过程中,离子注入是一道重要的工序。图甲是离子注入的工作原理示意图,静止于A处的离子,经电压为U的加速电场加速后,沿图中圆弧虚线通过半径为R0的圆弧形静电分析器(静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场)后,从P点沿竖直方向进入半径为r的圆形匀强磁场区域,该圆形磁场区域的直径PQ与竖直方向成45°角,经磁场偏转,最后打在竖直放置的硅片上。离子的质量为m、电荷量为q,不计离子重力。(1)求离子进入圆形匀强磁场区域时的速度大小v。(2)求静电分析器通道内虚线处电场强度的大小E0。(3)若磁场方向垂直纸面向外,离子从磁场边缘上某点出磁场时,速度方向与直径PQ垂直,求圆形区域内匀强磁场的磁感应强度B0的大小。(4)若在该圆形区域内加如图乙所示交变的磁场(图中B1大小未知、方向垂直纸面,且以垂直于纸面向外为正方向),离子在t=0时进入圆形磁场区域,最后从Q点飞出,水平向右垂直打在硅片上,请写出磁场变化周期T满足的关系表达式。(3)由于MN⊥PQ,则O2M∥PQ∠PMO2=∠MPO1又△O2PM与△O1PM为等腰三角形所以O1MO2P为菱形,则离子运动的半径R1=r考题点睛考点考向点睛带电粒子在交变电、磁场中的运动规律对带电粒子不同阶段的运动性质分析,分别选对应规律求解方法?易错磁场方向周期性变化导致粒子轨迹周期性变化,不能由几何关系确定轨迹半径表达式往往使(4)问不会解答对点演练3.(2021湖南双峰第一中学模拟)如图甲所示,平行板电容器的右边缘与圆O1的切线重合,圆O1与圆O2相切于Q点,圆O1内存在垂直纸面向外的匀强磁场,圆O2内存在垂直纸面向里的匀强磁场(图中均未画出),磁感应强度大小相等,PQ、QM为圆O1与圆O2的竖直直径,已知电容器两板长为L,两板间距为d,下板接地,上板的电势随时间变化的关系如图乙所示,两磁场区域的半径为,O点有一粒子源,每秒内射出的带电粒子总数为N0,从t=0时刻开始,粒子源产生大量电荷量为q、质量为m的带正电粒子以速度v0沿水平方向持续射入电场,粒子在电场中的运动时间与电场的变化周期相等,发现t=0时刻射入的粒子恰由下板边缘飞出,通过磁场后到达Q点,HG为与圆O2相切的竖直弹性挡板(带电粒子与挡板碰撞后沿挡板方向的分速度不变,与挡板垂直的分速度大小不变,方向反向),粒子重力不计,求:(1)U0的值;(2)磁感应强度B0的值;(3)带电粒子对挡板HG的平均作用力的大小。解析(1)设电场的变化周期为T,粒子在电场中的运动时间与电场的变化周期相等,带电粒子在交变电场中在水平方向做匀速直线运动,在竖直方向做周期性运动,其沿竖直方向的速度与时间的关系如图所示。粒子在电场中的运动时间与电场的变化周期相等,由图可知,所有粒子离开电场时速度均沿水平方向,大小为v0,并且(n=0,1,2,…)时刻射入电场的粒子在电场中沿竖直方向的位移最大;(2)粒子自A点水平进入磁场O1,r为粒子的轨道半径,O3为圆心,在磁场O1中运动的轨迹如图(3)由(2)问可知带电粒子在磁场圆O2内运动的轨迹半径与O1内相等,即自A点水平进入磁场O1的粒子在O1、O2内的运动的轨迹如图所示同理可证O4BO2Q为菱形,可得O4B∥O2Q,所以带电粒子在B点射出磁场O2时速度沿水平方向,垂直打在挡板HG的C点。带电粒子在圆形磁场中运动为磁聚焦、磁发散模型,所有由粒子源发射的带电粒子均能由偏转电场进入磁场O1,聚集于Q点,由Q点进入圆O2内的带电粒子均能沿着水平方向打在挡板HG上,取时间t,则有数目为N=N0t个粒子垂直打在HG上并以v0的速度反弹,规定向右为正方向,对这些粒子由动量定理得-Ft=N0tm(-v0)-N0tmv0解得F=2N0mv0由牛顿第三定律可得粒子对HG板的平均作用力为F=F=2N0mv0。本课结束3.质谱仪是分析同位素的重要工具,其原理简图如图所示。容器A中有电荷量均为+q、质量不同的两种粒子,它们从小孔S1不断飘入电压为U的加速电场(不计粒子的初速度),并沿直线从小孔S2(S1与S2连线与磁场边界垂直)进入磁感应强