高考物理状元谋略八复合场综合题型

1复合场综合题型带电粒子在复合场中的运动问题是历年高考的重点，考查的难度较大，题型有选择题和计算题。带电粒子在复合场中运动的问题,往往综合性较强、物理过程复杂.在分析处理该部分的问题时,要充分挖掘题目的隐含信息,利用题目创设的情景,对粒子做好受力分析、运动过程分析,培养空间想象能力、分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力.一．关于复合场问题，常见的高考考查点有：拼十年寒窗挑灯苦读不畏难；携双亲期盼背水勇战定夺魁。如果你希望成功，以恒心为良友，以经验为参谋，以小心为兄弟，以希望为哨兵。(1)带电粒子在顺序场(电场、磁场或重力场依次出现)中运动，往往与圆周运动相结合，涉及牛顿运动定律的应用。(2)带电粒子在叠加场(电场、磁场或重力场在同一空间出现)中运动，往往与牛顿运动定律结合，有时涉及动能定理和能量问题。(3)带电粒子在现代科技中的应用，如回旋加速器、质谱仪、磁流量计、速度选择器等。二、特别提示：1．研究带电粒子在复合场中的运动时,首先要明确各种不同力的性质和特点;其次要正确地画出其运动轨迹,再选择恰当的规律求解.2．电偏转和磁偏转分别是利用电场和磁场对(运动)电荷产生电场力和洛伦兹力的作用,控制其运动方向和轨迹.两类运动的受力情况和处理方法差别很大,要首先进行区别分析,再根据具体情况处理.三、带电粒子在复合场中运动的分类1．带电粒子在复合场中无约束情况下的运动2.带电粒子在复合场中有约束情况下的运动带电体在复合场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下,常见的运动形式有直线运动和圆周运动，此时解题要通过受力分析明确变力、恒力做功情况,并注意洛伦兹力不做功的特点,用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求出结果.3.带电粒子在复合场中运动的临界值问题由于带电粒子在复合场中受力情况复杂、运动情况多变,往往出现临界问题,这时应以题目中的“最大”、“最高”、“至少”等词语为突破口,挖掘隐含条件,根据临界条件列出辅助方程,再与其他方程联立求解.四、带电粒子在复合场中运动问题分析1.弄清复合场的组成,一般有磁场、电场的复合;磁场、重力场的复合;磁场、电场、重力场三者的复合.2.正确受力分析,除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静电力和磁场力的分析.23.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情况场的问题,要分阶段进行处理.转折点的速度往往成为解题的突破口.五、画出粒子运动轨迹,灵活选择不同的运动规律.(1)当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时,根据受力平衡列方程求解.(2)当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时,应用牛顿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.(4)对于临界问题,注意挖掘隐含条件.经典例题特殊方法揭秘：例题1：考查带电粒子在电磁场中的一般运动1.在粒子物理学的研究中，经常用电场和磁场来控制或者改变粒子的运动。一粒子源产生离子束，已知离子质量为m，电荷量为+e。不计离子重力以及离子间的相互作用力。在速度选择器的上极板中间开一小孔，如图所示。将粒子源产生的离子束中速度为0的离子，从上极板小孔处释放，离子恰好能到达下极板。求离子到达下极板时的速度大小v，以及两极板间的距离d。例题2：考查带电粒子在电场和重力场中的运动如图所示，水平放置的两个正对的带电金属板MN、PQ间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场强3度为E，磁感应强度为B。在a点由静止释放一带正电的微粒，释放后微粒沿曲线acb运动，到达b点时速度为零，c点是曲线上离MN板最远的点。已知微粒的质量为m，电荷量为q，重力加速度为g，不计微粒所受空气阻力，则下列说法中正确的是A．微粒在a点时加速度方向竖直向下B．微粒在c点时电势能最大C．微粒运动过程中的最大速率为qBqEmgD．微粒到达b点后将沿原路径返回a点六、例题赏析：1．如图8所示,空间分布着有理想边界的匀强电场和匀强磁场.左侧匀强电场的场强大小为E、方向水平向右,电场宽度为L;中间区域匀强磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外;右侧区域为垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度也为B.一个质量为m、电荷量为q、不计重力的带正电的粒子从电场的左边缘的O点由静止开始运动,穿过中间磁场区域进入右侧磁场区域后,又回到O点,然后重复上述运动过程.求:(1)中间磁场区域的宽度d.(2)带电粒子从O点开始运动到第一次回到O点所用时间t.2．如图15所示,空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场.一带电粒子在电场力和洛伦兹力共同作用下,从静止开始自A点沿曲线ACB运动,到达B点时速度为零,C为运动的最低点,不计重力,则()A.该粒子必带正电荷B.A、B两点位于同一高度4C.粒子到达C时的速度最大D.粒子到达B点后,将沿原曲线返回A点3．（2014全国新课标1）【题号：3200000024】如图，O、A、B为同一竖直平面内的三个点，OB沿竖直方向，∠BOA=600,OB=3OA/2,将一质量为m的小球以一定的初动能自O点水平向右抛出，小球在运动过程中恰好通过A点，使此小球带正电，电荷量为q.同时加一匀强电场、场强方向与ΔOAB所在平面平行.现从O点以同样的初动能沿某一方向抛出此带电小球，该小球通过了A点，到达A点的动能是初动能的3倍；若将该小球从O点以同样的初动能沿另一方向抛出，恰好通过B点，且到达B点的动能是初动能的6倍.重力加速度为g.求（1）无电场时，小球到达A点时的动能与初动能的比值；（2）电场强度的大小和方向.4．[多选](2015·西城区高三检测)空间有一磁感应强度为B的水平匀强磁场，质量为m、电荷量为q的质点以垂直于磁场方向的速度v0进入该磁场，在飞出磁场时高度下降了h。重力加速度为g。则下列说法正确5的是()A．带电质点进入磁场时所受洛伦兹力可能向上B．带电质点进入磁场时所受洛伦兹力一定向下C．带电质点飞出磁场时速度的大小为v0D．带电质点飞出磁场时速度的大小为v20＋2gh5．(2015·泰安质检)如图甲所示，粗糙的足够长的竖直木杆上套有一个带正电的小球，整个装置处在水平向右的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场组成的足够大的复合场中，小球由静止开始下滑，在整个运动过程中，小球的v－t图象如图乙所示，其中正确的是()6．(2015·东城区检测)如图甲所示，两个平行金属板正对放置，板长l＝10cm，间距d＝5cm，在两板间的中线OO′的O处一个粒子源，沿OO′方向连续不断地放出速度v0＝1.0×105m/s的质子。两平行金属板间的电压u随时间变化的u－t图线如图乙所示，电场只分布在两板之间。在靠近两平行金属板边缘的右侧分布有范围足够大的匀强磁场，磁感应强度B＝5×10－3T，方向垂直于纸面向里，磁场边缘MN与OO′垂直。质子的比荷取qm＝1.0×108C/kg，质子之间的作用力忽略不计，下列说法正确的是()6A．有质子进入磁场区域的时间是0.15sB．质子在电场中运动的最长时间是0.10sC．质子在磁场中做圆周运动的最大半径是0.5mD．质子在磁场中运动的最大速度是v0的2倍7．[2016江苏15].【题号：3200003104】（16分）回旋加速器的工作原理如题15-1图所示，置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间狭缝的间距为d，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，被加速粒子的质量为m，电荷量为+q，加在狭缝间的交变电压如题15-2图所示，电压值的大小为Ub。周期T=2mqBπ。一束该粒子在t=0-时间内从A处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零。现考虑粒子在狭缝中的运动时间，假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动，不考虑粒子间的相互作用。求：（1）出折粒子的动能kE；（2）粒子从飘入狭缝至动能达到kE所需的总时间t总；（3）要使飘入狭缝的粒子中有超过99%能射出，d应满足的条件.七、例题赏析答案1．答案(1)162mELBq(2)27π23mLmqEqB7d=Rsin60°=162mELBq(2)在电场中t1=2222mmLaqEvvqE在中间磁场中运动时间t2=2π33TmqB在右侧磁场中运动时间t3=55π63mTqB则粒子第一次回到O点的所用时间为t=t1+t2+t3=27π23mLmqEqB2．答案ABC解析在不计重力情况下,粒子从A点静止开始向下运动,说明粒子受向下的电场力,带正电,选项A正确.8整个过程中只有电场力做功,而A、B两点粒子速度都为零,所以A、B在同一等势面上,选项B正确.运动到C点时粒子在电场力方向上发生的位移最大,电场力做功最多,离子速度最大,选项C正确.离子从B点向下运动时受向右的洛伦兹力,将向右偏,故选项D错.3．答案见二维码4．答案：AD解析：选AD由于质点重力不能忽略，磁场方向未知，因此洛伦兹力方向可能向上也可能向下，A正确，B错误；向下运动时，由于重力做了正功，动能增加，C错误；由于洛伦兹力不做功，只有重力做功，根据动能定理，mgh＝12mv20＋12mv2，因此带电质点飞出磁场时速度的大小为v20＋2gh，D正确。5．答案：C6．答案：C解析：选C质子在平行板间做类平抛运动，水平方向匀速直线运动，时间t1＝lv0＝1×10－6s，竖直方向匀加速直线运动，刚好打在下极板上时，12·qumdt21＝d2，可得u＝25V，由u－t图象可知u≤25V是飞出的条件，则有质子飞出电场的时间段在0～0.025s和0.175s～0.2s，共0.05s，选项A错误；t＝0时刻进入电场的质子匀速飞出的时间最长为t1＝1×10－6s，而t＝0.1s时进入电场的质子打在极板上运动时间最短，选项B错误；刚好从下极板边缘飞出的质子速度最大，vy2·t1＝d2，vmax＝v20＋v2y＝1.25×105m/s，故选项D错误；飞出电场速度最大的质子进入磁场的运动半径最大，Rmax＝mvmaxqB＝0.5m，故选项C正确。7．答案见二维码