高中物理专题复习—带电粒子在电磁场中的运动含答案.docx

带电粒子在电磁场中的运动
[P3.]一、考点剖析：
带电粒子在电场中的运动比物体在重力场中的运动要丰富得多，它与运动学、动力学、功和能、动量等知识联系紧密，加之电场力的大小、方向灵活多变，功和能的转化关系错综复杂，其难度比力学中的运动要大得多。
带电粒子在磁场中的运动涉及的物理情景丰富，解决问题所用的知识综合性强，很适合对能力的考查，是高考热点之一。带电粒子在磁场中的运动有三大特点：①与圆周运动的运动学规律紧密联系②运动周期与速率大小无关③轨道半径与圆心位置的确定与空间约束条件有关，呈现灵活多变的势态。
因以上三大特点，很易创造新情景命题，故为高考热点，近十年的高考题中，每年都有，且多数为大计算题。
带电粒子在电磁场中的运动:若空间中同时同区域存在重力场、电场、磁场，则使粒子的受力情况复杂起来；若不同时不同区域存在，则使粒子的运动情况或过程复杂起来，相应的运动情景及能量转化更加复杂化，将力学、电磁学知识的转化应用推向高潮。
该考点为高考命题提供了丰富的情景与素材，为体现知识的综合与灵活应用提供了广阔的平台，是高考命题热点之一。
[P5.]二、知识结构
在电场中的运动
在磁场中的运动
在复合场中的运动
带电粒子在电磁场中的运动
直线运动：
如用电场加速或减速粒子
偏转：
偏转：
类平抛运动，一般分解成两个分运动

匀速圆周运动：
以点电荷为圆心运动或受装置约束

直线运动：垂直运动方向的力必定平衡
匀速圆周运动：重力与电场力一定平衡，由洛伦兹力提供向心力
一般的曲线运动：
直线运动：带电粒子的速度与磁场平行时

匀速圆周运动：带电粒子的速度与磁场垂直时

[P6.]三、复习精要：
1、带电粒子在电场中的运动
(1)带电粒子的加速由动能定理1/2mv2=qU
(2)带电粒子的偏转
带电粒子在初速度方向做匀速运动L=v0tt=L/v0
带电粒子在电场力方向做匀加速运动F=qEa=qE/m
带电粒子通过电场的侧移

0
φ
v0
vt
vy
偏向角φ

(3)处理带电粒子在电场中的运动问题的一般步骤：
①分析带电粒子的受力情况，尤其要注意是否要考虑重力、电场力是否是恒力等
②分析带电粒子的初始状态及条件，确定粒子作直线运动还是曲线运动
③建立正确的物理模型，进而确定解题方法
④利用物理规律或其它解题手段（如图像等）找出物理量间的关系，建立方程组
2、带电粒子在磁场中的运动
带电粒子的速度与磁感应线平行时，能做匀速直线运动；
当带电粒子以垂直于匀强磁场的方向入射，受洛伦兹力作用，做匀速圆周运动。当带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛仑兹力充当向心力时，其余各力的合力一定为零.

带电粒子在磁场中的运动常因各种原因形成多解，通常原因有：①带电粒子的电性及磁场方向的不确定性，②粒子运动方向的不确定性及运动的重复性，③临界状态的不唯一性等。
3.带电粒子在复合场中的运动
带电粒子在复合场中的运动，其本质是力学问题，应按力学的基本思路，运用力学的基本规律研究和解决此类问题。
当带电粒子在电磁场中运动时，电场力和重力可能做功,而洛仑兹力始终不做功.
当带电粒子在电磁场中作多过程运动时,关键是掌握基本运动的特点和寻找过程的边界条件.
[P11.]07年理综山东卷25．飞行时间质谱仪可以对气体分子进行分析。如图所示，在真空状态下，脉冲阀P喷出微量气体，经激光照射产生不同价位的正离子，自a板小孔进入a、b间的加速电场，从b板小孔射出，沿中线方向进入M、N板间的偏转控制区，到达探测器。已知元电荷电量为e，a、b板间距为d，极板M、N的长度和间距均为L。不计离子重力及进入a板时的初速度。
（1）当a、b间的电压为U1时，在M、N间加上适当的电压U2，使离子到达探测器。请导出离子的全部飞行时间与比荷K（K=ne/m）的关系式。
（2）去掉偏转电压U2，在M、N间区域加上垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度B，若进入a、b间所有离子质量均为m，要使所有的离子均能通过控制区从右侧飞出，a、b间的加速电压U1至少为多少？
探测器
L
d
a
b
M
L
S
激光束
P
N
解：（1）由动能定理：
n价正离子在a、b间的加速度
在a、b间运动的时间
在MN间运动的时间：t2=L/v
离子到达探测器的时间：
（2）假定n价正离子在磁场中向N板偏转，洛仑兹力充当向心力，设轨迹半径为R，由牛顿第二定律
离子刚好从N板右侧边缘穿出时，由几何关系：
由以上各式得：
当n=1时U1取最小值
[P14.]07届广东省惠阳市综合测试卷三18.如图1所示，一平行板电容器带电量为Q，固定在绝缘底座上，两极板竖直放置，整个装置静止在光滑的水平面上，板间距离为d，一质量为m、带电量为＋q 的弹丸以一定的初速度从一极板间中点的小孔射入