高考物理二轮复习专题三电场与磁场培优三带电粒子在交变场与立体空间中的运动课件（40页PPT）

(共40张PPT)
[复习目标]
1.掌握带电粒子在交变电、磁场中运动问题的分析方法,熟悉带电粒子运动的常见模型。
2.会分析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,充分利用运动分解思想降维处理相关问题。
解决带电粒子在交变电、磁场中运动的基本思路
解析　(1)粒子要沿原路返回到P点,则粒子在3t0时垂直穿过x轴时粒子必在磁场中,根据几何关系,此时粒子的速度方向沿y轴正方向,轨迹如图所示。
(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,电场力对粒子做的功W。
带电粒子在立体空间中的常见运动及解题策略
运动类型 解题策略
在三维坐标系中运动,每个轴方向都是常见运动模型 将粒子的运动分解为三个方向的运动
一维加一面,如旋进运动 旋进运动将粒子的运动分解为一个轴方向的匀速直线运动或匀变速直线运动和垂直该轴的所在面内的圆周运动
运动所在平面切换,粒子进入下一区域偏转后曲线不在原来的平面内 把粒子运动所在的面隔离出来,转换视图角度,把立体图转化为平面图,分析粒子在每个面的运动
[例4]　(2024·湖南卷)如图,有一内半径为2r、长为L的圆筒,左右端面圆心O'、O处各开有一小孔。以O为坐标原点,取O'O方向为x轴正方向建立xyz坐标系。在筒内x≤0区域有一匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向沿x轴正方向;筒外x≥0区域有一匀强电场,场强大小为E,方向沿y轴正方向。一电子枪在O'处向圆筒内多个方向发射电子,电子初速度方向均在xOy平面内,且在x轴正方向的分速度大小均为v0。已知电子的质量为m、电荷量为e,设电子始终未与筒壁碰撞,不计电子之间的相互作用及电子的重力。
(1)若所有电子均能经过O进入电场,求磁感应强度B的最小值;
(2)取(1)问中最小的磁感应强度B,若进入磁场中电子的速度方
向与x轴正方向最大夹角为θ,求tan θ的绝对值;
(3)取(1)问中最小的磁感应强度B,求电子在电场中运动时y轴正方向的最大位移。
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2.(2025·福建莆田三模)如图甲所示,平面直角坐标系xOy的第一象限(含坐标轴)内有垂直于平面周期性变化的均匀磁场(未画出),规定垂直于xOy平面向里的磁场方向为正,磁场变化规律如图乙所示,已知磁感应强度大小为B0,不计粒子重力及磁场变化影响。某一带负电的粒子质量为m、电荷量为q,在t=0时从坐标原点沿y轴正方向射入磁场中,将磁场变化周期记为T0,要使粒子在t=T0时距y轴最远,则T0的值为(　　)
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5.(2025·广东茂名二模)如图甲所示是一款治疗肿瘤的质子治疗仪工作原理示意图,质子经加速电场后沿水平方向进入速度选择器,再经过磁分析器和偏转系统后,定向轰击肿瘤。已知速度选择器中电场强度的大小为E、方向竖直向上,磁感应强度大小为B1、方向垂直纸面向外,磁分析器截面的内外半径分别为R1和R2,入口端面竖直,出口端面水平,两端中心位置M和N处各有一个小孔。偏转系统下边缘与肿瘤所在平面距离为L,偏转系统截面高度与宽度均为H。当偏转系统不工作时,质子恰好垂直轰击肿瘤靶位所在平面上的O点;当偏转系统施加如图乙所示变化电压后,质子轰击点将发生变化且偏转电压达到峰值U0(或-U0)时质子恰好从偏转系统下侧边缘离开(质子通过偏转系统时间极短,此过程偏转电压可视为不变),已知整个系统置于真空中,质子电荷量为q、质量为m。求:
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(1)分界面M到O点的距离;
(2)粒子在区域Ⅱ的速度大小;
(3)M、P间的距离;
(4)粒子打在P上的x坐标和y坐标。
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