高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題三 電場和磁場 第2講 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)課件.ppt

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第2講帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng) 圖1A 霍爾元件前表面的電勢低于后表面B 若電源的正負(fù)極對(duì)調(diào) 電壓表將反偏C IH與I成正比D 電壓表的示數(shù)與RL消耗的電功率成正比 答案CD 圖2 1 求原本打在MN中點(diǎn)P的離子質(zhì)量m 2 為使原本打在P的離子能打在QN區(qū)域 求加速電壓U的調(diào)節(jié)范圍 3 為了在QN區(qū)域?qū)⒃敬蛟贛Q區(qū)域的所有離子檢測完整 求需要調(diào)節(jié)U的最少次數(shù) 取lg2 0 301 lg3 0 477 lg5 0 699 圖3 1 出射粒子的動(dòng)能Em 2 粒子從飄入狹縫至動(dòng)能達(dá)到Em所需的總時(shí)間t0 3 要使飄入狹縫的粒子中有超過99 能射出 d應(yīng)滿足的條件 考情分析 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)是高考的重點(diǎn)和熱點(diǎn) 如在復(fù)合場中的直線運(yùn)動(dòng)以及依次通過電場和磁場的運(yùn)動(dòng) 題目與共點(diǎn)力平衡 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 能量守恒 動(dòng)能定理 圓周運(yùn)動(dòng)等聯(lián)系在一起 且多與實(shí)際問題相結(jié)合 主要考查學(xué)生分析問題的能力 綜合能力和利用數(shù)學(xué)方法解決問題的能力 題目綜合性強(qiáng) 難度大 帶電粒子在組合場中的運(yùn)動(dòng) 規(guī)律方法 帶電粒子在組合場中運(yùn)動(dòng)的處理方法 1 如圖4所示 在直角坐標(biāo)系xOy平面內(nèi)有一矩形區(qū)域MNPQ 矩形區(qū)域內(nèi)有水平向右的勻強(qiáng)電場 場強(qiáng)為E 在y 0的區(qū)域內(nèi)有垂直于坐標(biāo)平面向里的勻強(qiáng)磁場 半徑為R的光滑絕緣空心半圓管ADO固定在坐標(biāo)平面內(nèi) 半圓管的一半處于電場中 圓心O1為MN的中點(diǎn) 直徑AO垂直于水平虛線MN 一質(zhì)量為m 電荷量為q的帶電粒子 重力不計(jì) 從半圓管的O點(diǎn)由靜止釋放 進(jìn)入管內(nèi)后從A點(diǎn)穿出恰能在磁場中做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng) 當(dāng)粒子再次進(jìn)入矩形區(qū)域MNPQ時(shí)立即撤去磁場 此后粒子恰好從QP的中點(diǎn)C離開電場 求 精典題組 圖4 1 勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小 2 矩形區(qū)域的長度MN和寬度MQ應(yīng)滿足的條件 3 粒子從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的時(shí)間 2 如圖5所示的平行板器件中 存在相互垂直的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場 磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1 0 20T 方向垂直紙面向里 電場強(qiáng)度E1 1 0 105V m PQ為板間中線 緊靠平行板右側(cè)邊緣xOy坐標(biāo)系的第一象限內(nèi) 有一邊界線AO 與y軸的夾角 AOy 45 邊界線的上方有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度B2 0 25T 邊界線的下方有豎直向上的勻強(qiáng)電場 電場強(qiáng)度E2 5 0 105V m 一束帶電荷量q 8 0 10 19C 質(zhì)量m 8 0 10 26kg的正離子從P點(diǎn)射入平行板間 沿中線PQ做直線運(yùn)動(dòng) 穿出平行板后從y軸上坐標(biāo)為 0 0 4m 的Q點(diǎn)垂直y軸射入磁場區(qū) 多次穿越邊界線OA 求 圖5 1 離子運(yùn)動(dòng)的速度 2 離子從進(jìn)入磁場到第二次穿越邊界線OA所需的時(shí)間 答案 1 5 0 105m s 2 8 28 10 7s 帶電粒子在疊加復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng) 規(guī)律方法 關(guān)注幾場疊加 構(gòu)建運(yùn)動(dòng)模型 優(yōu)選規(guī)律解題 精典題組 圖6 1 粒子a第一次在第 象限復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比 2 粒子b在第 象限內(nèi)復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑 解析 1 粒子a進(jìn)入復(fù)合場區(qū)中 電場力和重力平衡 qE mg 粒子a在第 象限做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 畫出粒子a的運(yùn)動(dòng)軌跡 如圖所示 答案 1 1 4 2 4l 圖7 1 小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度v的大小和方向 2 從撤掉磁場到小球再次穿過P點(diǎn)所在的這條電場線經(jīng)歷的時(shí)間t 解析 1 小球勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)受力如圖 其所受的三個(gè)力在同一平面內(nèi) 合力為零 有 2 解法一撤去磁場 小球在重力與電場力的合力作用下做類平拋運(yùn)動(dòng) 如圖所示 設(shè)其加速度為a 有 答案 1 20m s與電場方向成60 角斜向上 2 3 5s 帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動(dòng)與現(xiàn)代科技的綜合 規(guī)律方法 模型選擇是解題前提 受力分析是解題方法中學(xué)階段常見的帶電粒子在正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)的幾種模型有 速度選擇器 回旋加速器 質(zhì)普儀 磁流體發(fā)電機(jī) 霍爾元件 電磁流量計(jì)等 和 的共同特征是粒子在其中只受電場力和洛倫茲力作用 并且最終電場力和洛倫茲力平衡 1 如圖8所示 長方體玻璃水槽中盛有NaCl的水溶液 在水槽左 右側(cè)壁內(nèi)側(cè)各裝一導(dǎo)體片 使溶液中通入沿x軸正向的電流I 沿y軸正向加恒定的勻強(qiáng)磁場B 圖中a b是垂直于z軸方向上水槽的前后兩內(nèi)側(cè)面 則 精典題組 圖8 A a處電勢高于b處電勢B a處離子濃度大于b處離子濃度C 溶液的上表面電勢高于下表面的電勢D 溶液的上表面處的離子濃度大于下表面處的離子濃度答案B 2 2016 全國卷 15 現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子 其示意圖如圖9所示 其中加速電壓恒定 質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場加速 經(jīng)勻強(qiáng)磁場偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場 若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場加速 為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場 需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來的12倍 此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為 圖9A 11B 12C 121D 144 答案D 3 多選 如圖10所示為磁流體發(fā)電機(jī)的原理圖 金屬板M N之間的距離為d 20cm 磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 5T 方向垂直紙面向里 現(xiàn)將一束等離子體 即高溫下電離的氣體 含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒 整體呈中性 從左側(cè)噴射入磁場 發(fā)現(xiàn)在M N兩板間接入的額定功率為P 100W的燈泡正常發(fā)光 且此時(shí)燈泡電阻為R 100 不計(jì)離子重力和發(fā)電機(jī)內(nèi)阻 且認(rèn)為離子均為一價(jià)離子 則下列說法中正確的是 圖10A 金屬板M上聚集負(fù)電荷 金屬板N上聚集正電荷B 該發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢為100VC 離子從左側(cè)噴射入磁場的初速度大小為103m sD 每秒鐘有6 25 1018個(gè)離子打在金屬板N上 答案BD 高頻考點(diǎn)七對(duì)稱思維法在復(fù)合場中的應(yīng)用 1 對(duì)稱思維法常見的應(yīng)用 1 運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性 如豎直上拋運(yùn)動(dòng)中物體向上 向下運(yùn)動(dòng)的兩過程中同位置處速度大小相等 加速度相等 2 結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性 如均勻帶電的圓環(huán) 在其圓心處產(chǎn)生的場強(qiáng)為零 3 幾何關(guān)系的對(duì)稱性 如粒子從某一直線邊界射入磁場 再從同一邊界射出磁場時(shí) 速度與邊界的夾角相等 4 場的對(duì)稱性 等量同種 異種電荷形成的場具有對(duì)稱性 電流周圍的磁場 條形磁鐵和通電螺線管周圍的磁場等都具有對(duì)稱性 2 用對(duì)稱性解題的關(guān)鍵分析問題時(shí)抓住事物在某一方面的對(duì)稱性 例如對(duì)稱的運(yùn)動(dòng) 對(duì)稱的結(jié)構(gòu) 對(duì)稱的作用力 對(duì)稱的幾何關(guān)系 對(duì)稱的電路等 利用對(duì)稱法分析解決物理問題 可以避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)演算和推導(dǎo) 直接抓住問題的實(shí)質(zhì) 快速簡便地求解問題 典例 如圖11所示 在x軸上方存在勻強(qiáng)磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 方向垂直紙面向里 在x軸下方存在勻強(qiáng)電場 方向豎直向上 一個(gè)質(zhì)量為m 電荷量為q 重力不計(jì)的帶正電粒子從y軸上的a 0 h 點(diǎn)沿y軸正方向以某初速度開始運(yùn)動(dòng) 一段時(shí)間后 粒子與x軸正方向成45 進(jìn)入電場 經(jīng)過y軸的b點(diǎn)時(shí)速度方向恰好與y軸垂直 求 圖11 1 粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r和速度大小v1 2 勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小E 3 粒子從開始到第三次經(jīng)過x軸的時(shí)間t總 解析 1 根據(jù)題意可知 大致畫出粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)軌跡 如圖所示 變式1改變釋放點(diǎn)的位置將 典例 中的帶電粒子在a 2h 2h 點(diǎn)由靜止釋放 粒子第二次經(jīng)過x軸時(shí)恰好過坐標(biāo)原點(diǎn)O 求 圖12 1 勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小E 2 粒子從開始運(yùn)動(dòng)到第五次經(jīng)過x軸時(shí)的時(shí)間t 解析 1 粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示 變式2改變電場方向?qū)?典例 中x軸下方的勻強(qiáng)電場方向改成與x軸負(fù)方向成45 角 如圖13所示 粒子仍從a 0 h 點(diǎn)釋放 一段時(shí)間后若粒子沿平行電場線方向進(jìn)入電場 且粒子沿電場線移動(dòng)的最大距離為h 求 圖13 1 勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小E 2 粒子從開始到第三次經(jīng)過x軸的時(shí)間t 解析 1 帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示 反思總結(jié)1 運(yùn)動(dòng)過程的分解方法 1 以 場 的邊界將帶電粒子的運(yùn)動(dòng)過程分段 2 分析每段運(yùn)動(dòng)帶電粒子的受力情況和初速度 判斷粒子的運(yùn)動(dòng)性質(zhì) 3 建立聯(lián)系 前 后兩段運(yùn)動(dòng)的關(guān)聯(lián)為帶電粒子過關(guān)聯(lián)點(diǎn)時(shí)的速度 4 分段求解 根據(jù)題設(shè)條件 選擇計(jì)算順序 2 周期性和對(duì)稱性的應(yīng)用相鄰場問題大多具有周期性和對(duì)稱性 解題時(shí)一是要充分利用其特點(diǎn)畫出帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡 以幫助理順物理過程 如本題 二是要注意周期性和對(duì)稱性對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)間的影響