高考物理【一轮复习】讲义64　第十章　思维进阶课十四　带电粒子在交变电磁场和立体空间中的运动课件PPT

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[学习目标]　1．掌握带电粒子在交变电磁场中的运动问题的解题思路和处理方法。2．掌握带电粒子在立体空间中的运动问题的解题思路和处理方法。
进阶1　带电粒子在交变电磁场中的运动
1．交变场的常见的类型(1)电场周期性变化，磁场不变。(2)磁场周期性变化，电场不变。(3)电场、磁场均周期性变化。
2．带电粒子在交变场中运动问题的基本思路
[典例1]　如图甲所示，在坐标系xOy中，y轴左侧有沿x轴正方向的匀强电场，电场强度大小为E；y轴右侧有如图乙所示周期性变化的磁场，磁感应强度大小B0已知，磁场方向垂直纸面向里为正。t＝0时刻，从x轴上的P点无初速度释放一带正电的粒子，粒子(重力不计)的质量为m、电荷量为q，粒子第一次在电场中运动的时间与第一次在磁场中运动的时间相等，且粒子第一次在磁场中做圆周运动的轨迹为半圆。求：
(1)求打在荧光屏A点的电子在进入磁场时磁感应强度大小B1；(2)求∠COD及电子在荧光屏上扫描的角速度ω。
[典例3]　如图甲所示的坐标系中，在x轴上方的区域内存在着如图乙所示周期性变化的电场和磁场，交变电场的电场强度大小为E0，交变磁场的磁感应强度大小为B0，取x轴正方向为电场的正方向，垂直纸面向外为磁场的正方向。在t＝0时刻，将一质量为m、带电荷量为q、重力不计的带正电粒子，从y轴上A点由静止释放。粒子经过电场加速和磁场偏转后垂直打在x轴上。求：
(1)粒子第一次在磁场中运动的半径；(2)粒子打在x轴负半轴上的位置到O点的最小距离；(3)起点A与坐标原点间的距离d应满足的条件；(4)粒子打在x轴上的位置到坐标原点O的距离跟粒子加速和偏转次数n的关系。
进阶2　带电粒子在立体空间中的运动
1．带电粒子在立体空间中的组合场、叠加场的运动问题，通过受力分析、运动分析，转换视图角度，充分利用分解的思想，分解为直线运动、圆周运动、类平抛运动，再利用每种运动对应的规律进行求解。
2．粒子在立体空间常见运动及解题策略
(1)粒子在yOz平面左侧匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径R1；(2)粒子第2次经过yOz平面时的速度大小v；(3)粒子第2次经过yOz平面时的位置坐标；(4)粒子第2、3两次经过yOz平面的位置间的距离。
[典例5]　在芯片制造过程中，离子注入是其中一道重要的工序。如图所示是离子注入工作的原理示意图，离子经加速后沿水平方向进入速度选择器，然后通过磁分析器，选择出特定比荷的离子，经偏转系统后注入处在水平面内的晶圆(硅片)。速度选择器、磁分析器和偏转系统的匀强磁场的磁感应强度大小均为B，方向均垂直纸面向外；速度选择器和偏转系统中的匀强电场的电场强度大小均为E，方向分别为竖直向上和垂直纸面向外。磁分析器截面是内外半径分别为R1和R2的四分之一圆环，其两端中心位置M和N处各有一个小
2．(2022·重庆卷)2021年我国全超导托卡马克核聚变实验装置创造了新的纪录。为粗略了解等离子体在托卡马克环形真空室内的运动状况，某同学将一小段真空室内的电场和磁场理想化为方向均水平向右的匀强电场和匀强磁场(如图)，电场强度大小为E，磁感应强度大小为B。若某电荷量为q的正离子在此电场和磁场中运动，其速度平行于磁场方向的分量大小为v1，垂直于磁场方向的分量大小为v2，不计离子重力，则(　　)
D　[根据功率的计算公式可知P＝Fv cs θ，则静电力的瞬时功率为P＝Eqv1，A错误；由于v1与磁场B平行，则根据洛伦兹力的计算公式知F洛＝qv2B，B错误；离子在垂直于磁场方向的平面内以v2做匀速圆周运动，沿电场方向做加速运动，则v1增大，v2不变，v2与v1的比值不断变小，C错误；离子受到的洛伦兹力大小不变，静电力大小不变，合力大小不变，则该离子的加速度大小不变，D正确。]
4．(多选)(2024·河北唐山二模)如图所示，空间中有O-xyz坐标系，xOz平面水平，y轴沿竖直方向，在y轴右侧xOz平面上方空间存在竖直向上的匀强电场，在y轴右侧xOz平面下方空间存在竖直向下的匀强磁场。一带负电的粒子从y轴正半轴上的M点以一定速度v0沿平行于x轴的正方向射入电场，经x轴上的N点与x轴正方向成θ角离开电场，粒子在以后的运动中恰好不离开磁场。已知M点的坐标为(0，h，0)，带负电的粒子质量为m，电荷量大小为q，不计粒子重力，则下列说法正确的是(　　)
(1)判断带电粒子的电性并求其所带的电荷量q；(2)求金属板的板间距离D和带电粒子在t＝t0时刻的速度大小v；(3)求从t＝0时刻开始到带电粒子最终碰到上金属板的过程中，静电力对粒子做的功W。
(3)带电粒子在电场和磁场中的运动轨迹如图所示由(2)的计算可知金属板的板间距离D＝3r粒子在3t0时刻再次进入中间的偏转电场，在4t0时刻进入左侧的电场做减速运动，速度为零后反向加速，在6t0时刻再次进入中间的偏转
7．如图甲所示，水平放置的平行金属板P和Q相距为d，两板间存在周期性变化的电场或磁场。P、Q间的电势差UPQ随时间的变化规律如图乙所示，磁感应强度B随时间变化的规律如图丙所示，磁场方向垂直纸面向里为正方向。t＝0时刻，一质量为m、电荷量为＋q的粒子(不计重力)以初速度v0由P板左端靠近板面的位置，沿平行于板面的方向射入两板之间，q、m、d、v0、U0为已知量。
8．(2022·河北卷节选)两块面积和间距均足够大的金属板水平放置，如图1所示，金属板与可调电源相连形成电场，方向沿y轴正方向。在两板之间施加磁场，方向垂直xOy平面向外。电场强度和磁感应强度随时间的变化规律如图2所示。板间O点放置一粒子源，可连续释放质量为m、电荷量为q(q>0)、初速度为零的粒子，不计重力及粒子间的相互作用，图中物理量均为已知量。求：