備考高考物理一輪金牌訓(xùn)練 第一部分 專(zhuān)題三 第2講 帶電粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件

第第2 2講講帶電粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1(2010 年廣東卷)如圖 321 甲所示，左為某同學(xué)設(shè)想的粒子速度選擇裝置，由水平轉(zhuǎn)軸及兩個(gè)薄盤(pán) N1、N2 構(gòu)成，兩盤(pán)面平行且與轉(zhuǎn)軸垂直，相距為 L，盤(pán)上各開(kāi)一狹縫，兩狹縫夾角可調(diào)(如圖乙)；右為水平放置的 長(zhǎng) 為 d 的 感 光板，板的正上方有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B.一小束速度不同、帶正電的粒子沿水平方向射入N1，能通過(guò) N2 的粒子經(jīng) O 點(diǎn)垂直進(jìn)入磁場(chǎng)O 到感光板的圖 321(1)若兩狹縫平行且盤(pán)靜止(如圖丙)，某一粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后，豎直向下打在感光板中心點(diǎn) M 上，求該粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 t；(2)若兩狹縫夾角為0，盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖乙要使穿過(guò) N1、N2 的粒子均打到感光板 P1P2 連線上，試分析盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的取值范圍(設(shè)通過(guò) N1的所有粒子在盤(pán)旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間內(nèi)都能到達(dá) N2)圖 14圖 322(1)速度的大?。?2)速度方向與 y 軸正方向夾角的正弦圖 15圖 323(1) 粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑 R 及粒子的比荷q/m；(2)此時(shí)刻仍在磁場(chǎng)中的粒子的初速度方向與 y 軸正方向夾角的取值范圍；(3)從粒子發(fā)射到全部粒子離開(kāi)磁場(chǎng)所用的時(shí)間對(duì)于所有此時(shí)仍在磁場(chǎng)中的粒子，其初速度與 y 軸正方向所成的夾角應(yīng)滿足廣東省高考題中，2009 年考了帶電體在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(與功能關(guān)系結(jié)合)，2010 年考了帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，2011年考了帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，所以 2012 年高考出題方向極容易再考查帶電粒子只在電場(chǎng)中或者只在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)此講是高考的熱點(diǎn)，一般出現(xiàn)在最后一個(gè)計(jì)算題中作為壓軸題，一般結(jié)合勻變速運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、功能關(guān)系，出現(xiàn)綜合度較高的計(jì)算題，而且還考查運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題的能力帶電粒子在周期性變化的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)【例 1】如圖 324 甲所示，真空中相距 d5 cm 的兩塊平行金屬板 A、B 與電源連接(圖中未畫(huà)出)，其中 B 板接地(電勢(shì)為零)，A 板電勢(shì)變化的規(guī)律如圖乙所示圖 324帶電粒子在周期性變化的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，一般是勻變速運(yùn)動(dòng)如果是直線運(yùn)動(dòng)，則是加速運(yùn)動(dòng)和減速運(yùn)動(dòng)的交替，要注意板的寬度與帶電粒子在加速和減速交替運(yùn)動(dòng)的距離關(guān)系這種題一般適合用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式來(lái)求解，要搞清楚在題目規(guī)定的條件下帶電粒子在各個(gè)階段的位移和末速度1(雙選)如圖 325 甲所示，A 板的電勢(shì) UA0，)B板的電勢(shì) UB隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示則(圖 325A若電子是在 t0 時(shí)刻從 A 板小孔進(jìn)入的，它將在 AB板間做往返運(yùn)動(dòng)B若電子是在 tT/8 時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向 B 板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向 A 板運(yùn)動(dòng)，最后打在 B 板上C若電子是在 t3T/8 時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向 B 板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向 A 板運(yùn)動(dòng)，最后打在 B 板上D若電子是在 tT/4 時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向 B 板、時(shí)而向 A 板運(yùn)動(dòng)答案：BD帶電粒子在電場(chǎng)中的碰撞和能量守恒【例 2】(2010 年安徽卷)如圖 326 所示，ABD 為豎直平面內(nèi)的光滑絕緣軌道，其中 AB 段是水平的，BD 段為半徑 R0.2 m 的半圓，兩段軌道相切于 B 點(diǎn)，整個(gè)軌道處在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，場(chǎng)強(qiáng)大小 E5.0103 V/m.一不帶電的絕緣小球甲，以速度 v0 沿水平軌道向右運(yùn)動(dòng)，與靜止在 B 點(diǎn)帶正電的小球乙發(fā)生彈性碰撞已知甲、乙兩球的質(zhì)量均為 m 1.0102.01025kg ，乙所帶電荷量 q C，g 取 10 m/s2.(水平軌道足夠長(zhǎng)，甲、乙兩球可視為質(zhì)點(diǎn)，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程無(wú)電荷轉(zhuǎn)移)圖 326(1)甲乙兩球碰撞后，乙恰能通過(guò)軌道的最高點(diǎn) D，求乙在軌道上的首次落點(diǎn)到 B 點(diǎn)的距離；(2)在滿足(1)的條件下求甲的速度 v0；(3)若甲仍以速度 v0 向右運(yùn)動(dòng)，增大甲的質(zhì)量，保持乙的質(zhì)量不變，求乙在軌道上的首次落點(diǎn)到 B 點(diǎn)的距離范圍 答題規(guī)范解：(1)在乙恰好能通過(guò)軌道的最高點(diǎn)的情況下，設(shè)乙到達(dá)最高點(diǎn)的速度為 vD，乙離開(kāi) D 點(diǎn)達(dá)到水平軌道的時(shí)間為 t，乙的落點(diǎn)到 B 點(diǎn)的距離為 x，則2如圖 327 所示，相距為 d 的平行金屬板 A、B 豎直放置，在兩板之間水平放置一絕緣平板有一質(zhì)量為 m、電荷量為 q(q0)的小物塊在與金屬板 A 相距 l 處?kù)o止若某一時(shí)刻在金圖 327(1)小物塊與金屬板 A 碰撞前瞬間的速度大小是多少？(2) 小物塊碰撞后經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間停止運(yùn)動(dòng)？停在何位置？帶電粒子在多個(gè)電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)問(wèn)題【例 3】如圖 328 所示，水平放置的兩平行金屬板，板長(zhǎng) L010 cm，兩極板間距 d2 cm，一束電子以 v04107 m/s 的初速度從兩板中央水平射入板間，然后從板間飛出射到距離板 L45 cm、寬 D20 cm 的熒光屏上(不計(jì)重力，熒光屏中點(diǎn)在兩板間的中央線上，電子質(zhì)量為 0.9110-30 kg，電荷量 e1.610-19 C)求：圖 328(1)若電子飛入兩板前，是從靜止開(kāi)始經(jīng)歷了加速電場(chǎng)的加速，則該電場(chǎng)的電壓為多大？(2)為了使帶電粒子能射中熒光屏所有的位置，兩板間所加的電壓應(yīng)取什么范圍？一般帶電粒子在電場(chǎng)中的加速直線運(yùn)動(dòng)可用動(dòng)能定理來(lái)求加速電壓、加速后的速度等相關(guān)物理量；粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)是類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，可以用平拋運(yùn)動(dòng)的分解運(yùn)動(dòng)的方法來(lái)解，最后從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)出去打在屏幕上的運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)，在分析時(shí)可以把最后的勻速運(yùn)動(dòng)分解到兩個(gè)方向來(lái)解決問(wèn)題(類(lèi)似小船過(guò)河的問(wèn)題)3如圖 329 所示是示波管的原理示意圖從燈絲發(fā)射出來(lái)的電子經(jīng)電壓為 U1 的電場(chǎng)加速后，通過(guò)加速極板 A 上的小孔O1 射出，沿中心線 O1O2 進(jìn)入 MN 間的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，O1O2 與偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)方向垂直，偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電壓為 U2，經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的右端 P1 點(diǎn)離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，然后打在垂直 O1O2 放置的熒光屏上的 P2 點(diǎn)已知平行金屬極板 MN 間的距離為 d，極板長(zhǎng)度為 L，極板的右端與熒光屏之間的距離為 L. 不計(jì)電子之間的相互作用力及其所受的重力，且電子離開(kāi)燈絲的初速度可忽略不計(jì)(電子的質(zhì)量為 m，電量為 e)求：圖 329(1)電子通過(guò)小孔 O1 時(shí)的速度大小 v0；(2)電子通過(guò) P1 點(diǎn)時(shí)偏離中心線 O1O2 的距離 y；(3)若 O1O2 的延長(zhǎng)線交于熒光屏上 O3 點(diǎn)，而 P2 點(diǎn)到 O3點(diǎn)的距離稱(chēng)為偏轉(zhuǎn)距離 Y(單位偏轉(zhuǎn)電壓引起的偏轉(zhuǎn)距離，即Y/U2 稱(chēng)為示波管的靈敏度)，求該示波管的靈敏度圖 18帶電粒子在多個(gè)磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)【例 4 】(2011 年新課標(biāo)卷) 如圖 3 2 10 所示，在區(qū)域(0 xd)和區(qū)域(d0、0 x0、xa 的區(qū)域有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為 B.在 O 點(diǎn)處有一小孔，一束質(zhì)量為 m、帶電量為 q(q0)的粒子沿 x 軸經(jīng)小孔射入磁場(chǎng)，最后打在豎直和水平熒光屏上，使熒光屏發(fā)亮入射粒子的速度可取從零到某一最大值之間的各種數(shù)值已知速度最大的粒子在 0 xa 的區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為 2 5，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為 7T/12，其中T 為該粒子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期試求兩個(gè)熒光屏上亮線的范圍(不計(jì)重力的影響)圖 3211速度最大的粒子的軌跡如圖 19 中實(shí)線所示，它由兩段圓弧組成，圓心分別為C和C，C在y 軸上，由對(duì)稱(chēng)性可知C在 x2a 直線上圖 19設(shè)t1 為粒子在 0 xa的區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，由題意可知