浅析高考中有关带电粒子在电场、磁场中的运动问题

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1、浅析高考中有关带电粒子在电场、磁场中的运动问题胡仕敏摘要：木文结合異体的例题对高考中有关带电粒子在电场、磁场中的运动问题进行了分析和探讨。关键词：带电粒子；电场；磁场一、命题分析电磁场的问题是历来高考的热点，随着高中新课程标准的实施以及高考改革的深化，这方面的问题依然是考查的重点，在近几年的理科综合能力测试中更是如此。带电粒子在电、磁场中的运动问题几乎是必考的内容。不光前几年,就近两年的高考题中，如江苏卷2006年的19题、2007年的17题；上海卷2006年的12、16题；全国卷(I)2006年的17、21、25题、2007年的25题；全国卷(II)2007年的25题；四川卷200

2、7年的21题；山东卷2007年的25题，山东卷2011年的25题等，而且题目的分值都比较高。这一类问题主要集中在两个方面，一是利用电磁场对电荷的作用来控制其运动，产生如平衡、加速、偏转的问题，带电粒子在电磁场中的运动几乎都是这样的问题；二是从能量的角度，从机械能、电能等角度对能量的产生和转化进行分析。带电粒子在电场、磁场中的运动还常常与现代科技密切相关，在近代物理实验中乂体现出重大意义，因此考题有可能以科学技术的只体问题为背景。二、用到的主要知识1.带电粒子在电场、磁场中运动的几种情况：带电粒子在电场、磁场、重力场中的运动，简称为带电粒子在复合场带电粒子在电场、磁场、重力场中的运动，

3、简称为带电粒子在复合场中的运动，一般兵有较复杂的运动图景。这类问题木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木规律。分析带电粒子在电场、磁场中的运动，主要有两条线索(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

4、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得很明确的，都应考虑重力，有时还应根据题B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。当然，以上只是一个简单的分析归纳，在实际考题中会冇各种各样的形式出现。在解题过程中，要注意对带电粒子的受力分析以及功和能的关系。三、典例精析例1(2011年重庆第25题>(19分)：某仪器用电场和磁场来控制电子在材料表面上方的运动，如题25图所示，材料表面上方矩形区域PP’N'N充满竖直向下的匀强电场，宽为山矩形区域NN'M’M充满垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强

5、度为B,长为3s,宽为s;NN1为磁场与电场之间的薄隔离层。一个电荷量为e、质量为m、初速为零的电子，从P点开始被电场加速经隔离层垂直进入磁场，电子每次穿越隔离层，运动方向不变，其动能损失是每次穿越前动能的10%，最后电子仅能从磁场边界M’N*飞出。不计电子所受重力。(1)求电子第二次与第•一次圆周运动半径之比；(2)求电场强度的取值范围；(3>A是的中点，若要使电子在A、间垂直于A飞出，求电子在磁场区域中运动的吋间。解：(1)设圆周运动的半径分别为Rl、R2、……、Rn、Rn+1，…，第一和第二次圆周运动速率分别为vl和v2,动能分别为Ekl和Ek2,例2（2007江苏卷）（15分

6、）：磁谱仪是测量能谱的重要仪器，磁谱仪的工作原理如图3所示，放射源S发出质量为m、电量为q的粒子沿垂直磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场，被限束光栏Q限制在2的小角度内，粒子经磁场偏转后打到与限束光栏平行的感光胶片Pl。（重力影响不计）若能量在E—E+AE（△E>0,HAE<<E）范围内的粒子均沿垂直于限束光栏的方向进入磁场。试求这些粒子打在胶片上的范围Axl。实际上，限束光栏有一定的宽度，粒子将在2角内进入磁场。试求能量均为E的粒子打到感光胶片上的范围Ax2。解析：（1）设粒子以速度v进入磁场如图4所示，打在胶片上的位置距S的距离为x由上面的三道例题解析可知.•

7、它们主要考查学生运用几何作图处理和表达复杂的物理运动的能力、运用数学知识处理物理问题的能力、综合分析、推理能力。这类带电粒子的复杂运动常常是由一些基本运动组合而成的，掌握基本运动的特点是解决这类问题的关键所在。作者单位：四川省南部中学邮政编码：637300