高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題一 力與運(yùn)動(dòng) 第4講 力與物體的曲線運(yùn)動(dòng)（二）電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的曲線運(yùn)動(dòng)課件.ppt

第4講 力與物體的曲線運(yùn)動(dòng)(二) 電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的曲線運(yùn)動(dòng),1.(多選)(2012江蘇單科，9)如圖1所示，MN是磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界。一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子在紙面內(nèi)從O點(diǎn)射入磁場(chǎng)。若粒子速度為v0，最遠(yuǎn)能落在邊界上的A點(diǎn)。下列說(shuō)法正確的有( ),圖1,答案 BC,2.(多選)(2015江蘇單科，7)如圖2所示，一帶正電的小球向右水平拋入范圍足夠大的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)方向水平向左。不計(jì)空氣阻力，則小球( ),圖2,A.做直線運(yùn)動(dòng) B.做曲線運(yùn)動(dòng) C.速率先減小后增大 D.速率先增大后減小,解析 對(duì)小球受力分析，小球受重力、電場(chǎng)力作用，合外力的方向與初速度的方向不在同一條直線上，故小球做曲線運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤，B正確；在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中合外力方向與速度方向間的夾角先為鈍角后為銳角，故合外力對(duì)小球先做負(fù)功后做正功，所以速率先減小后增大，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。 答案 BC,3.(2015新課標(biāo)全國(guó)卷，14)兩相鄰勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不同、方向平行。一速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直的帶電粒子(不計(jì)重力)，從較強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域進(jìn)入到較弱磁場(chǎng)區(qū)域后，粒子的( ) A.軌道半徑減小，角速度增大 B.軌道半徑減小，角速度減小 C.軌道半徑增大，角速度增大 D.軌道半徑增大，角速度減小,答案 D,4.(多選)(2015新課標(biāo)全國(guó)卷，19)有兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域和，中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是中的k倍。兩個(gè)速率相同的電子分別在兩磁場(chǎng)區(qū)域做圓周運(yùn)動(dòng)。與中運(yùn)動(dòng)的電子相比，中的電子( ) A.運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑是中的k倍 B.加速度的大小是中的k倍 C.做圓周運(yùn)動(dòng)的周期是中的k倍 D.做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度與中的相等,答案 AC,5.(2014江蘇單科，14)某裝置用磁場(chǎng)控制帶電粒子的運(yùn)動(dòng)，工作原理如圖3所示。裝置的長(zhǎng)為L(zhǎng)，上下兩個(gè)相同的矩形區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向與紙面垂直且相反，兩磁場(chǎng)的間距為d。裝置右端有一收集板，M、N、P為板上的三點(diǎn)，M位于軸線OO上，N、P分別位于下方磁場(chǎng)的上、下邊界上。在紙面內(nèi)，質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子以某一速度從裝置左端的中點(diǎn)射入，方向與軸線成30角，經(jīng)過(guò)上方的磁場(chǎng)區(qū)域一次，恰好到達(dá)P點(diǎn)。改變粒子入射速度的大小，可以控制粒子到達(dá)收集板上的位置。不計(jì)粒子的重力。,圖3,(1) 求磁場(chǎng)區(qū)域的寬度h； (2)欲使粒子到達(dá)收集板的位置從P點(diǎn)移到N點(diǎn)，求粒子入射速度的最小變化量v； (3)欲使粒子到達(dá)M點(diǎn)，求粒子入射速度大小的可能值。,解析 (1)設(shè)粒子在磁場(chǎng)中的軌道半徑為r，畫(huà)出帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示。,主要題型：選擇題和計(jì)算題 知識(shí)熱點(diǎn) (1)單獨(dú)命題 帶電粒子在電場(chǎng)中的受力分析與運(yùn)動(dòng)分析。 帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。 (2)交匯命題點(diǎn) 結(jié)合勻變速曲線運(yùn)動(dòng)規(guī)律、動(dòng)能定理進(jìn)行考查。 帶電粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分析。 思想方法 (1)運(yùn)動(dòng)的合成與分解方法(如類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)的處理方法) (2)對(duì)稱法 (3)數(shù)形結(jié)合法(利用幾何關(guān)系) (4)模型法(類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)模型、勻速圓周運(yùn)動(dòng)模型) (5)逆向思維法 (6)等效法,考向一 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),核心知識(shí),規(guī)律方法,1.解題途徑的選擇 (1)求解帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)和力、功能關(guān)系兩個(gè)途徑都適用，選擇依據(jù)是題給條件，當(dāng)不涉及時(shí)間時(shí)選擇功能關(guān)系，否則必須選擇運(yùn)動(dòng)和力。 (2)帶電粒子在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度不斷變化，只能選擇功能關(guān)系求解。 2.逆向思維巧解題 平拋和類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)均有可運(yùn)用逆向思維解題的命題出現(xiàn)。,1.(多選)(2015江蘇泰州高三第二次模擬)如圖4所示，在正方形ABCD區(qū)域內(nèi)有平行于AB邊的勻強(qiáng)電場(chǎng)，E、F、G、H是各邊中點(diǎn)，其連線構(gòu)成正方形，其中P點(diǎn)是EH的中點(diǎn)。一個(gè)帶正電的粒子(不計(jì)重力)從F點(diǎn)沿FH方向射入電場(chǎng)后恰好從D點(diǎn)射出。以下說(shuō)法正確的是( ),圖4,A.粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡一定經(jīng)過(guò)P點(diǎn) B.粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡一定經(jīng)過(guò)PE之間某點(diǎn) C.若將粒子的初速度變?yōu)樵瓉?lái)的一半，粒子會(huì)由ED之間某點(diǎn)射出正方形ABCD區(qū)域 D.若將粒子的初速度變?yōu)樵瓉?lái)的一半，粒子恰好由E點(diǎn)射出正方形ABCD區(qū)域,解析 粒子從F點(diǎn)沿FH方向射入電場(chǎng)后恰好從D點(diǎn)射出，其軌跡是拋物線，則過(guò)D點(diǎn)做速度的反向延長(zhǎng)線一定過(guò)FH的中點(diǎn)，而延長(zhǎng)線又經(jīng)過(guò)P點(diǎn)，所以粒子軌跡一定經(jīng)過(guò)PE之間某點(diǎn)，選項(xiàng)B正確；由平拋知識(shí)可知，當(dāng)豎直位移一定時(shí)，水平速度變?yōu)樵瓉?lái)的一半，則水平位移也變?yōu)樵瓉?lái)的一半，所以選項(xiàng)D正確。 答案 BD,2.(多選)(2015天津理綜，7)如圖5所示，氕核、氘核、氚核三種粒子從同一位置無(wú)初速地飄入電場(chǎng)線水平向右的加速電場(chǎng)E1之后進(jìn)入電場(chǎng)線豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)E2發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最后打在屏上。整個(gè)裝置處于真空中，不計(jì)粒子重力及其相互作用，那么( ),圖5,A.偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)E2對(duì)三種粒子做功一樣多 B.三種粒子打到屏上時(shí)的速度一樣大 C.三種粒子運(yùn)動(dòng)到屏上所用時(shí)間相同 D.三種粒子一定打到屏上的同一位置,答案 AD,3.(2015山西四校聯(lián)考)如圖6甲所示，兩平行金屬板MN、PQ的板長(zhǎng)和板間距離相等，板間存在如圖乙所示的隨時(shí)間周期性變化的電場(chǎng)，電場(chǎng)方向與兩板垂直，在t0時(shí)刻，一不計(jì)重力的帶電粒子沿板間中線垂直電場(chǎng)方向射入電場(chǎng)，粒子射入電場(chǎng)時(shí)的速度為v0，tT時(shí)刻粒子剛好沿MN板右邊緣射出電場(chǎng)。則( ),圖6,A.該粒子射出電場(chǎng)時(shí)的速度方向一定是沿垂直電場(chǎng)方向的 B.在tT/2時(shí)刻，該粒子的速度大小為2v0 C.若該粒子在T/2時(shí)刻以速度v0進(jìn)入電場(chǎng)，則粒子會(huì)打在板上 D.若該粒子的入射速度變?yōu)?v0，則該粒子仍在tT時(shí)刻射出電場(chǎng),答案 A,4.(2015山東威海期末)如圖7所示，AB、CD兩金屬板間形成一勻強(qiáng)電場(chǎng)(板的邊緣電場(chǎng)不考慮)，板長(zhǎng)為L(zhǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為E。一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子(不計(jì)重力)沿兩板的中間線OO從AC中點(diǎn)O處以初速度v0射入勻強(qiáng)電場(chǎng)，粒子恰好能從極板邊緣上的D點(diǎn)射出勻強(qiáng)電場(chǎng)。則：,圖7,(1)小球在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間； (2)兩板間距離d； (3)若要使粒子打在CD板的正中央P點(diǎn)，現(xiàn)調(diào)節(jié)粒子的入射速度大小變?yōu)関，方向不變，求v與v0的比值大小。,5.(2015江蘇省南京市高三模擬)如圖8所示，水平放置的平行板電容器，原來(lái)兩板不帶電，上極板接地，極板長(zhǎng)L0.1 m，兩板間距離d0.4 cm，有一束由相同微粒組成的帶正電粒子流，以相同的初速度v0從兩板中央依次水平射入(每隔0.1 s射入一個(gè)微粒)，由于重力作用微粒能落到下板，已知微粒質(zhì)量m2106kg，電荷量q1108C，電容器電容C1106F。取g10 m/s2，整個(gè)裝置處在真空中。求：,圖8,答案 (1)1.25 m/s (2)750個(gè),圖9,考向二 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),核心知識(shí),規(guī)律方法,“一點(diǎn)、兩畫(huà)、三定、四寫(xiě)”求解粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題,圖10,1.(2015海南單科，1)如圖11所示，a是豎直平面P上的一點(diǎn)，P前有一條形磁鐵垂直于P，且S極朝向a點(diǎn)，P后一電子在偏轉(zhuǎn)線圈和條形磁鐵的磁場(chǎng)的共同作用下，在水平面內(nèi)向右彎曲經(jīng)過(guò)a點(diǎn)。在電子經(jīng)過(guò)a點(diǎn)的瞬間，條形磁鐵的磁場(chǎng)對(duì)該電子的作用力的方向( ),A.向上 B.向下 C.向左 D.向右,圖11,解析 條形磁鐵的磁感線在a點(diǎn)垂直P(pán)向外，電子在條形磁鐵的磁場(chǎng)中向右運(yùn)動(dòng)，由左手定則可得電子所受洛倫茲力的方向向上，A正確。 答案 A,圖12,A.4105 m/s B.2105 m/s C.6.4106 m/s D.2106 m/s,答案 C,3.(2015廣東省深圳市高三第二次調(diào)研考試)如圖13所示，abcd為一有正方形邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)邊界的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，三個(gè)粒子以相同的速度從a點(diǎn)沿ac方向射入，粒子1從b點(diǎn)射出，粒子2從c點(diǎn)射出，粒子3從cd邊垂直于磁場(chǎng)邊界射出，不考慮粒子的重力和粒子間的相互作用。根據(jù)以上信息，可以確定( ),圖13,答案 B,4.(多選)(2015四川理綜，7)如圖14所示，S處有一電子源，可向紙面內(nèi)任意方向發(fā)射電子，平板MN垂直于紙面，在紙面內(nèi)的長(zhǎng)度L9.1 cm，中點(diǎn)O與S間的距離d4.55 cm，MN與SO直線的夾角為，板所在平面有電子源的一側(cè)區(qū)域有方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B2.0104 T。電子質(zhì)量m9.11031 kg，電量e1.61019 C，不計(jì)電子重力。電子源發(fā)射速度v1.6106 m/s的一個(gè)電子，該電子打在板上可能位置的區(qū)域的長(zhǎng)度為l，則( ),A.90時(shí)，l9.1 cm B.60時(shí)，l9.1 cm C.45時(shí)，l4.55 cm D.30時(shí)，l4.55 cm,圖14,答案 AD,圖15,(1)粒子的初速度大??； (2)M點(diǎn)在x軸上的位置。,1.分析帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的基本步驟,2.對(duì)稱性的應(yīng)用 (1)粒子從直線邊界射入磁場(chǎng)，再?gòu)倪@一邊界射出時(shí)，速度方向與邊界的夾角相等。 (2)粒子沿徑向射入圓形磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，必沿徑向射出磁場(chǎng)區(qū)域。,高頻考點(diǎn)四 帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的臨界問(wèn)題,兩思路、兩方法求解粒子的臨界極值問(wèn)題 1.兩種思路 一是以定理、定律為依據(jù)，求出所研究問(wèn)題的一般規(guī)律和一般解的形式，然后再分析、討論臨界特殊規(guī)律和特殊解； 二是直接分析、討論臨界狀態(tài)，找出臨界條件，從而通過(guò)臨界條件求出臨界值。,2.兩種方法 一是物理方法：利用臨界條件求極值；利用問(wèn)題的邊界條件求極值；利用矢量圖求極值等； 二是數(shù)學(xué)方法：利用三角函數(shù)求極值；利用二次方程的判別式求極值；利用不等式的性質(zhì)求極值；利用圖象法、等效法、數(shù)學(xué)歸納法等求極值。 3.常見(jiàn)結(jié)論和解題技巧 (1)剛好能穿出磁場(chǎng)邊界的條件是粒子軌跡與邊界相切。 (2)當(dāng)速度v一定時(shí)，弧長(zhǎng)(或弦長(zhǎng))越長(zhǎng)，圓心角越大，粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)。 (3)從同一直線邊界射入的粒子，從同一邊界射出時(shí)，速度與邊界的夾角相等；在圓形磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，沿徑向射入的粒子，必沿徑向射出。,(16分)(2015江蘇省淮安市高三模擬)如圖16所示，O為三個(gè)半圓的共同圓心，半圓和間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B11.0 T，和間有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小未知，半圓的半徑R10.5 m，半圓的半徑R31.5 m。一比荷為4.0107 C/kg的帶正電粒子從O點(diǎn)沿與水平方向成30角的半徑OC方向以速率v1.5107 m/s垂直射入磁場(chǎng)B1中，恰好能穿過(guò)半圓的邊界而進(jìn)入、間的磁場(chǎng)中，粒子再也不能穿出磁場(chǎng)，不計(jì)粒子重力，sin 530.8，cos 530.6。求：,圖16,(1)半圓的半徑R2； (2)粒子在半圓、間的磁場(chǎng)中的運(yùn)行時(shí)間t； (3)半圓、間磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2應(yīng)滿足的條件。,答案 (1)1.0 m (2)5.54108 s (3)B21.5 T,處理帶電粒子在有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題的技巧 帶電粒子進(jìn)入有界磁場(chǎng)區(qū)域，其軌跡往往是一殘缺圓，存在臨界和極值問(wèn)題，處理的方法是根據(jù)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，運(yùn)用動(dòng)態(tài)思維，作出臨界軌跡圖，尋找?guī)缀侮P(guān)系，分析臨界條件，然后應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)和相應(yīng)物理規(guī)律求解，分析臨界問(wèn)題時(shí)應(yīng)注意 (1)從關(guān)鍵詞、語(yǔ)句找突破口，審題時(shí)一定要抓住題干中“恰好”、“最大”、“至少”、“不脫離”等詞語(yǔ)，挖掘其隱藏的規(guī)律； (2)數(shù)學(xué)方法和物理方法的結(jié)合，如利用“矢量圖”、“邊界條件”等求臨界值，利用“三角函數(shù)、不等式的性質(zhì)、二次方程的判別式”等求極值。,圖17,甲,據(jù)題意分析，粒子兩次與大圓相切的時(shí)間間隔內(nèi)，運(yùn)動(dòng)軌跡如圖乙所示，根據(jù)對(duì)稱可知，區(qū)兩段圓弧所對(duì)圓心角相同，設(shè)為1，區(qū)內(nèi)圓弧所對(duì)圓心角設(shè)為2，圓弧和大圓的兩個(gè)切點(diǎn)與圓心O連線間的夾角設(shè)為，由幾何關(guān)系得1120(1分),乙,丙,