2019版高考物理二輪復習 專題三 電場與磁場 第2講 帶電粒子在復合場中的運動課件.ppt

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第2講帶電粒子在復合場中的運動 網絡構建 1 必須領會的 三種方法 和 兩種物理思想 1 對稱法 合成法 分解法 2 等效思想 分解思想 2 做好 兩個區(qū)分 謹防做題誤入歧途 1 正確區(qū)分重力 電場力 洛倫茲力的大小 方向特點及做功特點 2 正確區(qū)分 電偏轉 和 磁偏轉 的不同 3 抓住 兩個技巧 做到解題快又準 1 按照帶電粒子運動的先后順序 將整個運動過程劃分成不同階段的小過程 2 善于利用幾何圖形處理邊角關系 要有運用數(shù)學知識處理物理問題的習慣 備考策略 典例1 2018 全國卷 25 一足夠長的條狀區(qū)域內存在勻強電場和勻強磁場 其在xOy平面內的截面如圖1所示 中間是磁場區(qū)域 其邊界與y軸垂直 寬度為l 磁感應強度的大小為B 方向垂直于xOy平面 磁場的上 下兩側為電場區(qū)域 寬度均為l 電場強度的大小均為E 方向均沿x軸正方向 M N為條狀區(qū)域邊界上的兩點 它們的連線與y軸平行 一帶正電的粒子以某一速度從M點沿y軸正方向射入電場 經過一段時間后恰好以從M點入射的速度從N點沿y軸正方向射出 不計重力 帶電粒子在復合場中的運動 帶電粒子在組合場中的運動 圖1 解析 1 粒子運動的軌跡如圖 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 2 粒子從電場下邊界入射后在電場中做類平拋運動 設粒子從M點射入時速度的大小為v0 在下側電場中運動的時間為t 加速度的大小為a 粒子進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qE ma 式中q和m分別為粒子的電荷量和質量 由運動學公式有v1 at l v0t v1 vcos 圖 b 典例2 如圖2所示 平面OM和水平面ON之間的夾角為30 兩平面之間同時存在勻強磁場和勻強電場 勻強磁場的磁感應強度大小為B 方向垂直紙面向外 勻強電場的方向豎直向上 一帶電小球的質量為m 電荷量為q 帶電小球沿豎直平面以大小為v0的初速度從平面OM上的某點沿左上方射入磁場 速度方向與OM成30 角 帶電小球進入磁場后恰好做勻速圓周運動 已知帶電小球在磁場中的運動軌跡與ON恰好相切 且?guī)щ娦∏蚰軓腛M上另一點P射出磁場 P未畫出 帶電粒子在疊加場中的運動 圖2 1 判斷帶電小球帶何種電荷 所加電場的電場強度E為多大 2 求出射點P到兩平面交點O的距離s 3 帶電小球離開磁場后繼續(xù)運動 能打在左側豎直的光屏OO 上的T點 求T點到O點的距離s 解析 1 根據(jù)題意 帶電小球受到的電場力與重力平衡 則帶電小球帶正電荷 由力的平衡條件得qE mg 典例3 如圖3甲所示 豎直擋板MN左側空間有方向豎直向上的勻強電場和垂直紙面向里的勻強磁場 電場和磁場的范圍足夠大 電場強度E 40N C 磁感應強度B隨時間t變化的關系圖象如圖乙所示 選定磁場垂直紙面向里為正方向 t 0時刻 一帶正電的微粒 質量m 8 10 4kg 電荷量q 2 10 4C 在O點具有方向豎直向下 大小為0 12m s的速度v O 是擋板MN上一點 直線OO 與擋板MN垂直 取g 10m s2 求 帶電粒子在交變場中的周期性運動 圖3 1 微粒再次經過直線OO 時與O點的距離 2 微粒在運動過程中離開直線OO 的最大距離 3 水平移動擋板 使微粒能垂直射到擋板上 擋板與O點間的水平距離應滿足的條件 2 微粒運動半個周期后向上勻速運動 運動的時間為t 5 s 軌跡如圖所示 位移大小s vt解得s 1 88m因此 微粒離開直線OO 的最大距離l s R 2 48m 3 若微粒能垂直射到擋板上的某點P P點在直線OO 下方時 由圖可知 擋板MN與O點間的水平距離應滿足L 2 4n 0 6 m n 0 1 2 3 若微粒能垂直射到擋板上的某點P P點在直線OO 上方時 由圖可知 擋板MN與O點間的距離應滿足L 2 4n 1 8 m n 0 1 2 3 答案 1 1 2m 2 2 48m 3 L 2 4n 0 6 m n 0 1 2 3 或L 2 4n 1 8 m n 0 1 2 3 分析帶電粒子在復合場中的運動的注意事項 1 準確劃分帶電粒子運動過程中的不同運動階段 不同運動形式 以及不同運動階段 不同運動形式之間的轉折點和臨界點 只有明確粒子在某一階段的運動形式后 才能確定解題所用到的物理規(guī)律 2 分析帶電粒子在交變電場或磁場中的運動軌跡時 還要注意對稱性的靈活應用 1 2018 遼寧大連二模 如圖4所示為研究某種帶電粒子的裝置示意圖 粒子源射出的粒子束以一定的初速度沿直線射到熒光屏上的O點 出現(xiàn)一個光斑 在垂直于紙面向里的方向上加一磁感應強度為B的勻強磁場后 粒子束發(fā)生偏轉 沿半徑為r的圓弧運動 打在熒光屏上的P點 然后在磁場區(qū)域再加一豎直向下 電場強度大小為E的勻強電場 光斑從P點又回到O點 關于該粒子 不計重力 下列說法正確的是 圖4 答案D 2 多選 如圖5甲所示 空間同時存在豎直向上的勻強磁場和勻強電場 磁感應強度為B 電場強度為E 一質量為m 電荷量為q的帶正電小球恰好處于靜止狀態(tài) 現(xiàn)在將磁場方向順時針旋轉30 同時給小球一個垂直磁場方向斜向下的速度v 如圖乙所示 則關于小球的運動 下列說法正確的是 圖5 答案AD 3 如圖6所示 在xOy平面內OA和OB是第一 二象限的角平分線 在AOy區(qū)域內存在沿x軸負方向的勻強電場 在BOy區(qū)域內存在沿y軸負方向的勻強電場 在第二象限其他區(qū)域內存在垂直xOy平面的勻強磁場 從OA上坐標為 x0 y0 的點由靜止釋放一個質量為m 電荷量為 q的粒子 重力不計 粒子恰好垂直穿過OB 1 求第一 二象限內勻強電場的電場強度之比 2 若第一象限內電場強度大小為E0 要使粒子第一次射入磁場時 在第二象限內不進入x軸下方 則第二象限內所加勻強磁場的磁感應強度B0應滿足什么條件 圖6 解析 1 設第一 二象限內勻強電場的電場強度分別為E1和E2 粒子經過y軸時的速度大小為v0 甲 如圖甲所示 粒子在第二象限垂直穿過OB時 有vx v0 vy a2t vx vyqE2 ma2 由幾何關系得y0 x0 x1 y1 y0解得a2 3a1得E1 E2 1 3 由 1 知a2 3a1 若磁場垂直于xOy平面向里 則粒子運動軌跡與x軸相切時軌跡半徑r1最大 如圖乙所示 乙 由幾何關系有x1 r1 r1cos45 若磁場垂直xOy平面向外 粒子運動軌跡與x軸相切時軌跡半徑r2最大 如圖丙所示 丙 由幾何關系可得r2cos45 x1 r2 答案 1 1 3 2 見解析 物理是一門與生產 生活及現(xiàn)代科技聯(lián)系比較緊密的學科 在高考中 物理試題著重考查考生的知識 能力和學科素養(yǎng) 注重理論聯(lián)系實際 注重物理與科學技術 社會和經濟發(fā)展的聯(lián)系 注重物理知識在生產 生活 科技等方面的應用 復合場中的STSE問題 典例1 2018 安徽合肥三模 為監(jiān)測某化工廠的污水排放量 技術人員在該廠的排污管末端安裝了如圖7所示的長方體流量計 該裝置由絕緣材料制成 其長 寬 高分別為a b c 左右兩端開口 在垂直于上下底面方向加一勻強磁場 前后兩個內側面分別固定有金屬板作為電極 污水充滿管口從左向右流經該裝置時 接在M N兩端間的電壓表將顯示兩個電極間的電壓U 若用Q表示污水流量 單位時間內排出的污水體積 下列說法中正確的是 A M端的電勢比N端的高B 電壓表的示數(shù)U與a和b均成正比 與c無關C 電壓表的示數(shù)U與污水的流量Q成正比D 若污水中正負離子數(shù)相同 則電壓表的示數(shù)為0 疊加場在生活 生產中的應用 圖7 答案C 典例2 2018 全國卷 24 如圖8 從離子源產生的甲 乙兩種離子 由靜止經加速電壓U加速后在紙面內水平向右運動 自M點垂直于磁場邊界射入勻強磁場 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點射出 乙種離子在MN的中點射出 MN長為l 不計重力影響和離子間的相互作用 求 1 磁場的磁感應強度大小 2 甲 乙兩種離子的比荷之比 組合場在科技中的應用 圖8 典例3 多選 2018 攀枝花三模 如圖9所示為一種獲得高能粒子的裝置原理圖 環(huán)形管內存在垂直于紙面 磁感應強度大小可調的勻強磁場 環(huán)形管的寬度非常小 質量為m 電荷量為q的帶正電粒子可在環(huán)中做半徑為R的圓周運動 A B為兩塊中心開有小孔且小孔距離很近的平行極板 原來電勢均為零 每當帶電粒子經過A板剛進入A B之間時 A板電勢升高到 U B板電勢仍保持為零 粒子在兩板間的電場中得到加速 每當粒子離開B板時 A板電勢又降為零 粒子在電場中一次一次地加速使得動能不斷增大 而在環(huán)形區(qū)域內 通過調節(jié)磁感應強度大小可使粒子運行半徑R不變 已知極板間距遠小于R 則下列說法正確的是 圖9 答案BD 1 多選 自行車速度計是利用霍爾效應傳感器獲知自行車的運動速率 如圖10甲所示 自行車前輪上安裝一塊磁鐵 輪子每轉一圈 這塊磁鐵就靠近傳感器一次 傳感器會輸出一個脈沖電壓 圖乙為霍爾元件的工作原理圖 當磁場靠近霍爾元件時 導體內定向運動的自由電荷在磁場力作用下偏轉 最終使導體在與磁場 電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)電勢差 即為霍爾電勢差 下列說法正確的是 圖10 A 根據(jù)單位時間內的脈沖數(shù)和自行車車輪的半徑即可獲知車速大小B 自行車的車速越大 霍爾電勢差越高C 圖乙中霍爾元件的電流I是由正電荷定向運動形成的D 如果長時間不更換傳感器的電源 霍爾電勢差將減小 答案AD 2 多選 如圖11所示為某種質譜儀的工作原理示意圖 此質譜儀由以下幾部分構成 粒子源N P Q間的加速電場 靜電分析器 磁感應強度為B的有界勻強磁場 方向垂直紙面向外 膠片M 若靜電分析器通道中心線半徑為R 通道內有均勻輻射電場 在中心線處的電場強度大小為E 由粒子源發(fā)出一質量為m 電荷量為q的正離子 初速度為零 重力不計 經加速電場加速后 垂直場強方向進入靜電分析器 在靜電分析器中 離子沿中心線做勻速圓周運動 而后由S點沿著既垂直于磁分析器的左邊界 又垂直于磁場方向射入磁分析器中 最終打到膠片上的某點 下列說法正確的是 答案AD