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近几年高考对于带电粒子在磁场中及复合场中的运动考查是比较频繁的2012年以前一般为压轴计算题难度较大综合性较强;近几年一般为选择题难度适中.但该考点仍为近几年全国卷中计算题的热点和出题点.
【重难解读】带电粒子在复合场中的运动综合了洛伦兹力、牛顿运动定律、匀速圆周运动、功能关系等知识同时对于数学的运算能力、空间想象能力、作图能力都有较高要求是高考命题的热点和重点.1.带电粒子在组合场中运动的分析思路第1步:分阶段分过程按照时间顺序和进入不同的区域分成几个不同的阶段;第2步:受力和运动分析主要涉及两种典型运动如下:
第3步:用规律
2.带电粒子在叠加场中运动的分析方法1弄清叠加场的组成.2进行受力分析.3确定带电粒子的运动状态注意运动情况和受力情况的结合.4对于粒子连续通过几个不同种类的场时要分阶段进行处理.5画出粒子运动轨迹灵活选择不同的运动规律.①当带电粒子在叠加场中做匀速直线运动时根据受力平衡列方程求解.②当带电粒子在叠加场中做匀速圆周运动时应用牛顿运动定律结合圆周运动规律求解.③当带电粒子做复杂曲线运动时一般用动能定理或能量守恒定律求解.6对于临界问题注意挖掘隐含条件.
【典题例证】在科学研究中可以通过施加适当的电场和磁场来实现对带电粒子运动的控制.如图甲所示的xOy平面处于匀强电场和匀强磁场中电场强度E和磁感应强度B随时间t做周期性变化的图象如图乙所示.x轴正方向为E的正方向垂直纸面向里为B的正方向.在坐标原点O有一粒子P其质量和电荷量分别为m和+q不计重力.在t=2τ时刻释放P它恰能沿一定轨道做往复运动.
f1求P在磁场中运动时速度的大小v0;2求B0应满足的关系;
3在t00<t0<2τ时刻释放P求P速度为零时的坐标.
解析12τ~τ做匀加速直线运动τ~2τ做匀速圆周运动电场力F=qE0加速度a=mF速度v0=at且t=2τ解得v0=q2Em0τ
2只有当t=2τ时P在磁场中做圆周运动结束并开始沿x轴负方向运动才能沿一定轨道做往复运动如图所示.设P在磁场中做圆周运动的周期为T

-12T=τ
=123…
匀速圆周运动qvB0=mvr2T=2vπr解得B0=(2
-qτ1)πm
=123….3在t0时刻释放P在电场中加速的时间为τ-t0
在磁场中做匀速圆周运动有v1=qE0(mτ-t0)圆周运动的半径r1=mqBv01解得r1=E0(τB-0t0)又经τ-t0时间P减速为零后向右加速的时间为t0
fP再进入磁场有v2=qEm0t0
圆周运动的半径r2=mqBr
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