2013高考物理 热门考点聚焦 专题3 电场和磁场中的带电粒子.doc

-8-考点3电场和磁场中的带电粒子命题趋势带电粒子在电场、磁场中的运动是中学物理中的重点内容这类问题对学生的空间想象能力、分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力有较高的要求是考查考生多项能力的极好载体因此历来是高考的热点在实行了三年的理科综合能力测试中也是每年都考且分值分别达18分、14分和20分预计以后每年都不会低于10%的分值。带电粒子在电场、磁场中的运动与现代科技密切相关在近代物理实验中有重大意义因此考题有可能以科学技术的具体问题为背景。当定性讨论这类问题时试题常以选择题的形式出现定量讨论时常以填空题或计算题的形式出现计算题还常常成为试卷的压轴题。知识概要带电粒子在电场、磁场中的运动可分为下列几种情况半径公式：周期公式：带电粒子在电场磁场中的运动带电粒子在电场中的运动带电粒子在磁场中的运动带电粒子在复合场中的运动直线运动：如用电场加速或减速粒子偏转：类似平抛运动一般分解成两个分运动求解圆周运动：以点电荷为圆心运动或受装置约束运动直线运动（当带电粒子的速度与磁场平行时）圆周运动（当带电粒子的速度与磁场垂直时）直线运动：垂直运动方向的力必定平衡圆周运动：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带电粒子在电场、磁场、重力场中的运动简称带电粒子在复合场中的运动一般具有较复杂的运动图景。这类问题本质上是一个力学问题应顺应力学问题的研究思路和运用力学的基本规律。分析带电粒子在电场、磁场中运动主要是两条线索：（1）力和运动的关系。根据带电粒子所受的力运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解。（2）功能关系。根据场力及其它外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的功能关系从而可确定带电粒子的运动情况这条线索不但适用于均匀场也适用于非均匀场。因此要熟悉各种力做功的特点。处理带电粒子在场中的运动问题应注意是否考虑带电粒子的重力。这要依据具体情况而定质子、α粒子、离子等微观粒子一般不考虑重力；液滴、尘埃、小球等宏观带电粒子由题设条件决定一般把装置在空间的方位介绍的很明确的都应考虑重力有时还应根据题目的隐含条件来判断。处理带电粒子在电场、磁场中的运动还应画好示意图在画图的基础上特别注意运用几何知识寻找关系。点拨解疑【例题1】（1999年高考全国卷）如图1所示图中虚线MN是一垂直纸面的平面与纸面的交线在平面右侧的半空间存在一磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直纸面向外。O是MN上的一点从O点可以向磁场区域发射电量为+q、质量为m、速率为v的粒子粒子射入磁场时的速度可在纸面内各个方向。已知先后射入的两个粒子恰好在磁场中给定的P点相遇P到O的距离为L不计重力及粒子间的相互作用。（1）求所考察的粒子在磁场中的轨道半径；（2）求这两个粒子从O点射入磁场的时间间隔。【点拨解疑】（1）设粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径为R由牛顿第二定律得则（2）如图2所示以OP为弦可以画两个半径相同的圆分别表示在P点相遇的两个粒子的轨迹。圆心分别为O1、O2过O点的直径分别为OO1Q1、OO2Q2在O点处两个圆的切线分别表示两个粒子的射入方向用θ表示它们之间的夹角。由几何关系可知从O点射入到相遇粒子1的路程为半个圆周加弧长Q1P=Rθ粒子2的路程为半个圆周减弧长PQ2=Rθ粒子1的运动时间为其中T为圆周运动的周期。粒子2运动的时间为两粒子射入的时间间隔为因为所以有上述算式可解得点评：解带电粒子在磁场中运动的题除了运用常规的解题思路（画草图、找“圆心”、定“半径”）之外更应侧重于运用数学知识进行分析。本题在众多的物理量和数学量中角度是最关键的量它既是建立几何量与物理量之间关系式的一个纽带又是沟通几何图形与物理模型的桥梁。【例题2】如图3所示在直角坐标系的第一、二象限内有垂直于纸面的匀强磁场第三象限有沿Y轴负方向的匀强电场第四象限内无电场和磁场。质量为m、带电量为q的粒子从M点以速度v0沿x轴负方向进入电场不计粒子的重力粒子经N、P最后又回到M点。设OM=LON=2L则：关于电场强度E的大小下列结论正确的是（）A．B．C．D．（2）匀强磁场的方向是。（3）磁感应强度B的大小是多少？【点拨解疑】（1）由带电粒子在电场中做类平抛运动易知且则E=故选C（2）由左手定则匀强磁场的方向为垂直纸面向里。（3）根据粒子在电场中运动的情况可知粒子带负电。粒子在电场中做类平抛运动设到达N点的速度为v运动方向与x轴负方向的夹角为θ如图4所示。由动能定理得将（1）式中的E代入可得所以θ=45°粒子在磁场中做匀速圆周运动经过P点时速度方向也与x轴负方向成45°角。则OP=OM=LN