2019版高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題三 電場和磁場 第3講 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動課件.ppt

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第3講帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 要點(diǎn)必備 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 要點(diǎn)必備 1 做好 兩個區(qū)分 1 正確區(qū)分重力 的大小 方向特點(diǎn)及做功特點(diǎn) 做功只與初 末位置有關(guān) 與路徑無關(guān) 而不做功 2 正確區(qū)分 電偏轉(zhuǎn) 和 磁偏轉(zhuǎn) 的不同 電偏轉(zhuǎn) 是指帶電粒子在電場中做運(yùn)動 而 磁偏轉(zhuǎn) 是指帶電粒子在磁場中做運(yùn)動 2 抓住 兩個技巧 1 按照帶電粒子運(yùn)動的先后順序 將整個運(yùn)動過程劃分成不同特點(diǎn)的小過程 2 善于畫出幾何圖形處理 要有運(yùn)用數(shù)學(xué)知識處理物理問題的習(xí)慣 電場力 洛倫茲力 重力 電場力 洛倫茲力 類平拋 勻速圓周 邊 角關(guān)系 1 2 3 1 2017全國 卷 如圖 空間某區(qū)域存在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場 電場方向豎直向上 與紙面平行 磁場方向垂直于紙面向里 三個帶正電的微粒a b c電荷量相等 質(zhì)量分別為ma mb mc 已知在該區(qū)域內(nèi) a在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動 b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運(yùn)動 c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運(yùn)動 下列選項正確的是 A ma mb mcB mb ma mcC mc ma mbD mc mb ma考點(diǎn)定位 帶電粒子在疊加場中的運(yùn)動命題能力點(diǎn) 側(cè)重考查理解能力和分析綜合能力物理學(xué)科素養(yǎng)點(diǎn) 科學(xué)思維解題思路與方法 微粒a b c都受到重力 電場力和洛倫茲力作用 a做勻速圓周運(yùn)動 說明重力和電場力的合力為零 b c做勻速直線運(yùn)動 說明其受到的三個力的合力為零 B 1 2 3 1 2 3 2 2016全國 卷 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 A 11B 12C 121D 144考點(diǎn)定位 帶電粒子在組合場中的運(yùn)動命題能力點(diǎn) 側(cè)重考查理解能力和分析綜合能力物理學(xué)科素養(yǎng)點(diǎn) 科學(xué)思維解題思路與方法 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動的向心力由洛倫茲力提供 根據(jù)動能定理求出帶電粒子出電場進(jìn)磁場的速度 本題關(guān)鍵是要理解兩種粒子在磁場中運(yùn)動的半徑不變 D 1 2 3 1 2 3 3 2018全國 卷 一足夠長的條狀區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場 其在xOy平面內(nèi)的截面如圖所示 中間是磁場區(qū)域 其邊界與y軸垂直 寬度為l 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B 方向垂直于xOy平面 磁場的上 下兩側(cè)為電場區(qū)域 寬度均為l 電場強(qiáng)度的大小均為E 方向均沿x軸正方向 M N為條狀區(qū)域邊界上的兩點(diǎn) 它們的連線與y軸平行 一帶正電的粒子以某一速度從M點(diǎn)沿y軸正方向射入電場 經(jīng)過一段時間后恰好以從M點(diǎn)入射的速度從N點(diǎn)沿y軸正方向射出 不計重力 1 定性畫出該粒子在電磁場中運(yùn)動的軌跡 2 求該粒子從M點(diǎn)入射時速度的大小 3 若該粒子進(jìn)入磁場時的速度方向恰好與x軸正方向的夾角為 求該粒子的比荷及其從M點(diǎn)運(yùn)動到N點(diǎn)的時間 1 2 3 考點(diǎn)定位 帶電粒子在組合場中的運(yùn)動命題能力點(diǎn) 側(cè)重考查理解能力和分析綜合能力物理學(xué)科素養(yǎng)點(diǎn) 科學(xué)思維解題思路與方法 在組合場中的運(yùn)動要分階段處理 每一個運(yùn)動建立合理的公式即可求出待求的物理量 1 2 3 解析 1 粒子運(yùn)動的軌跡如圖 a 所示 粒子在電場中的軌跡為拋物線 在磁場中為圓弧 上下對稱 圖 a 1 2 3 2 粒子從電場下邊界入射后在電場中做類平拋運(yùn)動 設(shè)粒子從M點(diǎn)射入時速度的大小為v0 在下側(cè)電場中運(yùn)動的時間為t 加速度的大小為a 粒子進(jìn)入磁場的速度大小為v 方向與電場方向的夾角為 見圖 b 速度沿電場方向的分量為v1 根據(jù)牛頓第二定律有圖 b 1 2 3 qE ma 式中q和m分別為粒子的電荷量和質(zhì)量 由運(yùn)動學(xué)公式有v1 at l v0t v1 vcos 粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動 設(shè)其運(yùn)動軌道半徑為R 由洛倫茲力公式和牛頓第二定律得qvB 由幾何關(guān)系得l 2Rcos 聯(lián)立 式得v0 1 2 3 1 2 3 命題規(guī)律研究及預(yù)測 分析高考試題可以看出 每年都出現(xiàn)帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動問題 考題中主要借助復(fù)合場背景考查運(yùn)動學(xué)公式和動能定理及處理曲線運(yùn)動方法 題型一般為選擇題 計算題 在2019年的備考過程中要重視帶電粒子在復(fù)合場中做曲線運(yùn)動的訓(xùn)練 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 帶電粒子在組合場中的運(yùn)動 L 規(guī)律方法帶電粒子在組合場中運(yùn)動的處理方法1 明性質(zhì) 要清楚場的性質(zhì) 方向 強(qiáng)弱 范圍等 2 定運(yùn)動 帶電粒子依次通過不同場區(qū)時 由受力情況確定粒子在不同區(qū)域的運(yùn)動情況 3 畫軌跡 正確地畫出粒子的運(yùn)動軌跡圖 4 用規(guī)律 根據(jù)區(qū)域和運(yùn)動規(guī)律的不同 將粒子運(yùn)動的過程劃分為幾個不同的階段 對不同的階段選取不同的規(guī)律處理 5 找關(guān)系 要明確帶電粒子通過不同場區(qū)的交界處時速度大小和方向的關(guān)系 上一個區(qū)域的末速度往往是下一個區(qū)域的初速度 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 思維點(diǎn)撥氕核和氘核在電場中做類平拋運(yùn)動 在磁場中做圓周運(yùn)動 對每一個運(yùn)動利用合適的公式即可求出待求的物理量 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 1 2018全國 卷 如圖 從離子源產(chǎn)生的甲 乙兩種離子 由靜止經(jīng)加速電壓U加速后在紙面內(nèi)水平向右運(yùn)動 自M點(diǎn)垂直于磁場邊界射入勻強(qiáng)磁場 磁場方向垂直于紙面向里 磁場左邊界豎直 已知甲種離子射入磁場的速度大小為v1 并在磁場邊界的N點(diǎn)射出 乙種離子在MN的中點(diǎn)射出 MN長為l 不計重力影響和離子間的相互作用 求 1 磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小 2 甲 乙兩種離子的比荷之比 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 2 2018山西呂梁一模 如圖所示 在平面直角坐標(biāo)系xOy中的第一象限內(nèi)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 方向垂直于坐標(biāo)平面向里的有界圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域 圖中未畫出 在第二象限內(nèi)存在沿x軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場 一粒子源固定在x軸上坐標(biāo)為 L 0 的A點(diǎn) 粒子源沿y軸正方向釋放出速度大小為v的電子 電子恰好能通過y軸上的C點(diǎn) 電子經(jīng)過磁場偏轉(zhuǎn)后恰好垂直通過第一象限內(nèi)與x軸正方向成15 角的射線ON 已知電子的質(zhì)量為m 電荷量為e 不考慮粒子的重力和粒子之間的相互作用 已知 45 求 1 勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E的大小與C點(diǎn)的坐標(biāo) 2 電子在磁場中運(yùn)動的時間t 3 圓形磁場的最小面積Smin 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 3 2018河南鄭州預(yù)測 如圖所示 矩形區(qū)域abcdef分為兩個矩形區(qū)域 左側(cè)區(qū)域充滿勻強(qiáng)電場 方向豎直向上 右側(cè)區(qū)域充滿勻強(qiáng)磁場 方向垂直紙面向外 be為其分界線 af L ab 0 75L bc L 一質(zhì)量為m 電荷量為e的電子 重力不計 從a點(diǎn)沿ab方向以初速度v0射入電場 從be邊的中點(diǎn)g進(jìn)入磁場 已知sin37 0 6 cos37 0 8 1 求勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E的大小 2 若要求電子從cd邊射出 求所加勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值Bm 3 調(diào)節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小 求cd邊上有電子射出部分的長度 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 帶電粒子在疊加場中的運(yùn)動 H 規(guī)律方法 兩分析 一應(yīng)用 巧解復(fù)合場問題1 受力分析 關(guān)注幾場疊加 1 磁場 重力場并存 受重力和洛倫茲力 2 電場 重力場并存 受重力和電場力 3 電場 磁場并存 不計重力的微觀粒子 受電場力和洛倫茲力 4 電場 磁場 重力場并存 受電場力 洛倫茲力和重力 2 運(yùn)動分析 典型運(yùn)動模型構(gòu)建 帶電物體受力平衡 做勻速直線運(yùn)動 帶電物體受力恒定 做勻變速運(yùn)動 帶電物體受力大小恒定且方向指向圓心 做勻速圓周運(yùn)動 帶電物體受力方向變化復(fù)雜 做曲線運(yùn)動等 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 3 選用規(guī)律 兩種觀點(diǎn)解題 1 帶電物體做勻速直線運(yùn)動 則用平衡條件求解 即二力或三力平衡 2 帶電物體做勻速圓周運(yùn)動 應(yīng)用向心力公式或勻速圓周運(yùn)動的規(guī)律求解 3 帶電物體做勻變速直線或曲線運(yùn)動 應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式求解 4 帶電物體做復(fù)雜的曲線運(yùn)動 應(yīng)用能量守恒定律或動能定理求解 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 典例2 2017全國 卷 如圖 兩水平面 虛線 之間的距離為H 其間的區(qū)域存在方向水平向右的勻強(qiáng)電場 自該區(qū)域上方的A點(diǎn)將質(zhì)量均為m 電荷量分別為q和 q q 0 的帶電小球M N先后以相同的初速度沿平行于電場的方向射出 小球在重力作用下進(jìn)入電場區(qū)域 并從該區(qū)域的下邊界離開 已知N離開電場時速度方向豎直向下 M在電場中做直線運(yùn)動 剛離開電場時的動能為N剛離開電場時動能的1 5倍 不計空氣阻力 重力加速度大小為g 求 1 M與N在電場中沿水平方向的位移之比 2 A點(diǎn)距電場上邊界的高度 3 該電場的電場強(qiáng)度大小 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 思維點(diǎn)撥把小球M N分解到水平方向和豎直方向分別研究 小球M N在進(jìn)入電場前做平拋運(yùn)動 以相同的水平速度進(jìn)入電場 進(jìn)入電場的豎直速度也相同 進(jìn)入電場后在豎直方向的運(yùn)動性質(zhì)相同 在電場中的運(yùn)動時間相等 小球M進(jìn)入電場后在水平方向上做勻加速直線運(yùn)動 小球N進(jìn)入電場后在水平方向上做勻減速直線運(yùn)動 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 4 多選 2018河南安陽二模 如圖所示 空間某處存在豎直向下的勻強(qiáng)電場和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場 一個帶負(fù)電的金屬小球從M點(diǎn)水平射入場區(qū) 經(jīng)一段時間運(yùn)動到N點(diǎn) 關(guān)于小球由M到N的運(yùn)動 下列說法正確的是 A 小球可能做勻變速運(yùn)動B 小球一定做變加速運(yùn)動C 小球動能可能不變D 小球機(jī)械能守恒 BC 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 解析小球從M到N 在豎直方向上發(fā)生了偏轉(zhuǎn) 受到豎直向下的重力 豎直向上的電場力以及洛倫茲力 由于速度方向變化 則洛倫茲力方向變化 所以合力方向變化 故不可能做勻變速運(yùn)動 一定做變加速運(yùn)動 A錯誤 B正確 若電場力和重力等大反向 則運(yùn)動過程中電場力和重力做功之和為零 而洛倫茲力不做功 所以小球的動能可能不變 C正確 小球運(yùn)動過程中 電場力做功 故小球的機(jī)械能不守恒 D錯誤 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 5 2018安徽蚌埠一質(zhì)檢 如圖所示 在豎直平面內(nèi)的xOy坐標(biāo)系中 有一個邊界為圓形的勻強(qiáng)磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 磁場方向垂直xOy平面向里 其邊界分別過原點(diǎn)O 0 0 點(diǎn)P L 0 和點(diǎn)Q 0 第一象限內(nèi)同時還存在一個豎直方向的勻強(qiáng)電場 一比荷為k的帶電小球以某一初速度平行y軸正方向從P點(diǎn)射入磁場做勻速圓周運(yùn)動 并從Q點(diǎn)離開磁場 重力加速度為g 求 1 勻強(qiáng)電場的方向和電場強(qiáng)度E的大小 2 小球在磁場中運(yùn)動的速率和時間t 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 6 2018山西長治 運(yùn)城 大同 朔州 陽泉五地聯(lián)考 如圖 A B C為同一平面內(nèi)的三個點(diǎn) 在垂直于平面方向加一勻強(qiáng)磁場 將一質(zhì)量為m 帶電荷量為q q 0 的粒子以初動能Ek自A點(diǎn)垂直于直線AC射入磁場 粒子依次通過磁場中B C兩點(diǎn)所用時間之比為1 3 若在該平面內(nèi)同時加勻強(qiáng)電場 從A點(diǎn)以同樣的初動能沿某一方向射入同樣的帶電粒子 該粒子到達(dá)B點(diǎn)時的動能是初動能的3倍 到達(dá)C點(diǎn)時的動能為初動能的5倍 已知AB的長度為l 不計帶電粒子的重力 求 1 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向 2 電場強(qiáng)度的大小和方向 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 解析 1 設(shè)AC中點(diǎn)為O 由題意可知AC長度為粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑 連接OB 因為粒子在運(yùn)動過程中依次通過B C兩點(diǎn)所用時間之比為1 3 所以 AOB 60 圓周運(yùn)動的半徑r l 因為粒子帶正電 根據(jù)洛倫茲力受力方向可以判斷 磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向為垂直紙面向外 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 2 加上電場后 只有電場力做功 從A到B qUAB 3Ek Ek從A經(jīng)B到C qUAC 5Ek EkUAC 2UAB在勻強(qiáng)電場中 沿任意一條直線電勢的降落是均勻的 可以判斷O點(diǎn)與B點(diǎn)是等電勢的 所以 電場強(qiáng)度E與OB垂直 因為由A到B電場力做正功 所以電場強(qiáng)度的方向與AC成30 夾角斜向上方 設(shè)電場強(qiáng)度的大小為E 有 UAB Elcos30 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 帶電粒子在交變電磁場中的運(yùn)動 L 規(guī)律方法1 變化的電場或磁場往往具有周期性 粒子的運(yùn)動也往往具有周期性 這種情況下要仔細(xì)分析帶電粒子的運(yùn)動過程 受力情況 弄清楚帶電粒子在變化的電場 磁場中各處于什么狀態(tài) 做什么運(yùn)動 畫出一個周期內(nèi)的運(yùn)動軌跡的草圖 2 粒子運(yùn)動的周期一般與電場或磁場變化的周期有一定聯(lián)系 可把兩種周期的關(guān)系作為解題的突破口 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 典例3 如圖甲所示 在xOy平面內(nèi)存在均勻 大小隨時間周期性變化的磁場和電場 變化規(guī)律分別如圖乙 丙所示 規(guī)定垂直紙面向里為磁感應(yīng)強(qiáng)度的正方向 沿y軸正向為電場強(qiáng)度的正方向 在t 0時刻由原點(diǎn)O發(fā)射初速度大小為v0 方向沿y軸正方向的帶負(fù)電粒子 已知v0 t0 B0 粒子的比荷為 不計粒子的重力 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 1 t t0時 求粒子的位置坐標(biāo) 2 若t 5t0時粒子回到原點(diǎn) 求0 5t0時間內(nèi)粒子距x軸的最大距離 3 若粒子能夠回到原點(diǎn) 求滿足條件的所有E0值 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 3 如圖所示 設(shè)帶電粒子在x軸上方做圓周運(yùn)動的軌道半徑為r1 在x軸下方做圓周運(yùn)動的軌道半徑為r2 由幾何關(guān)系可知 要使粒子經(jīng)過原點(diǎn) 則必須滿足 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 7 2018重慶期末抽測 如圖甲所示 在xOy平面的第 象限內(nèi)有沿 x方向的勻強(qiáng)電場E1 第 象限內(nèi)同時存在著豎直向上的勻強(qiáng)電場E2和垂直紙面的勻強(qiáng)磁場B E2 2 5N C 磁場B隨時間t周期性變化的規(guī)律如圖乙所示 B0 0 5T 垂直紙面向外為磁場正方向 一個質(zhì)量m 5 10 5kg 電荷量q 2 10 4C的帶正電液滴從P點(diǎn) 0 6m 0 8m 以速度v0 3m s沿 x方向入射 恰好以沿 y方向的速度v經(jīng)過原點(diǎn)O后進(jìn)入x 0的區(qū)域 t 0時液滴恰好通過O點(diǎn) g取10m s2 求 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 1 電場強(qiáng)度E1和液滴到達(dá)O點(diǎn)時速度的大小v 2 液滴從P開始運(yùn)動到第二次經(jīng)過x軸所經(jīng)歷的時間t總 3 若從某時刻起磁場突然消失 發(fā)現(xiàn)液滴恰好以與 y方向成30 角的方向穿過y軸后進(jìn)入x 0的區(qū)域 試確定液滴穿過y軸時的位置 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 解析 1 液滴在x 0的區(qū)域內(nèi)受豎直向下的重力和水平向右的電場力的作用 液滴在豎直方向上做自由落體運(yùn)動 y gt2v gt解得 t 0 4s v 4m s液滴在水平方向上做勻減速運(yùn)動v0 atqE1 ma解得 E1 1 875N C 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 2 液滴進(jìn)入x 0的區(qū)域后 由于qE2 mg 液滴運(yùn)動軌跡如圖1所示 其做圓周運(yùn)動的大 小圓半徑分別為r1 r2 運(yùn)動周期分別為T1 T2 圖1 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 3 情形一 若磁場消失時 液滴在x軸上方 如圖2所示 圖2 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 情形二 若磁場消失時 液滴在x軸下方 如圖3所示 圖3 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 1 勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E的大小 2 t 10 5s時刻電荷與O點(diǎn)的豎直距離 d 3 電荷從O點(diǎn)出發(fā)運(yùn)動到擋板所需時間t 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 答案 1 7 2 103N C 2 4cm 3 1 1 10 4s 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 圖1 考點(diǎn)一 考點(diǎn)二 考點(diǎn)三 3 電荷從第一次通過MN開始計時 其運(yùn)動周期為T 10 5s 圖2根據(jù)電荷的運(yùn)動情況可知 電荷到達(dá)擋板前運(yùn)動的完整周期數(shù)為4個 此時電荷沿MN運(yùn)動的距離s 4 d 16cm 則最后 s 7 5cm的距離如圖2所示 有r1 r1cos s解得cos 0 5 則 60