高考物理大一輪總復(fù)習(xí) 熱點專題突破 帶電粒子在復(fù)合場中常見的三種軌跡課件

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1、熱點專題系列熱點專題系列(九九)帶電粒子在復(fù)合場中常見的三種軌跡帶電粒子在復(fù)合場中常見的三種軌跡熱點概述帶電粒子在復(fù)合場中運動，運動的軌跡往往對稱和諧，異彩紛呈常見有“拱橋”形、“葡萄串”形、“心連心”形等一、“拱橋”形帶電粒子在磁場和電場中交替運動，在磁場中的軌跡為半圓，進(jìn)入電場時速度方向與電場線平行，粒子在電場中做直線運動，如果粒子在電場中做往復(fù)運動，則粒子運動的軌跡為“拱橋”形【例證1】如圖所示，在x軸上方有垂直于xOy平面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，在x軸下方有沿y軸負(fù)方向的勻強電場，場強為E，一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從坐標(biāo)原點O沿著y軸正方向射出，射出之后，第三次到達(dá)x軸時，它與

2、O點的距離為L，求此時粒子射出時的速度大小和運動的總路程(重力不計)二、“葡萄串”形當(dāng)空間存在重力場、電場和周期性變化的磁場時，當(dāng)電荷受到重力和電場力平衡時，有磁場時做圓周運動【例證2】如圖所示，在xOy坐標(biāo)系內(nèi)存在周期性變化的電場和磁場，電場沿y軸正方向，磁場垂直紙面(以向里為正)，電場和磁場的變化規(guī)律如圖所示一質(zhì)量m3.21013 kg、電荷量q1.61010 C的帶電粒子，在t0時刻以v08 m/s的速度從坐標(biāo)原點沿x軸正向運動，不計粒子重力求： (1)粒子在磁場中運動的周期； (2)t20103 s時粒子的位置坐標(biāo)； (3)t24103 s時粒子的速度三、“心連心”形當(dāng)帶電粒子在相鄰的

3、磁感應(yīng)強度不同的磁場中做勻速圓周運動時其半徑不同，因此粒子運動的軌跡為兩個半圓的相互交叉，稱為“心連心”形【例證3】2013陜西高三質(zhì)檢如圖所示，兩個同心圓是磁場的理想邊界，內(nèi)圓半徑為R，外圓半徑為R，磁場方向垂直于紙面向里，內(nèi)、外圓之間的環(huán)形區(qū)域的磁感應(yīng)強度為B，內(nèi)圓中的磁感應(yīng)強度為.t0時，一個質(zhì)量為m、帶電荷量為q的離子(不計重力)，從內(nèi)圓上的A點沿半徑方向飛進(jìn)環(huán)形磁場，剛好沒有飛出磁場 (1)求離子的速度大?。?(2)離子自A點射出后在兩個磁場間不斷地飛進(jìn)飛出，求從t0開始經(jīng)多長時間第一次回到A點？ (3)求從t0開始到離子第二次回到A點，離子在內(nèi)圓磁場中運動的時間共為多少？ (4)畫

4、出從t0到第二次回到A點離子運動的軌跡(小圓上的黑點為圓周的等分點，供畫圖時參考) 1如圖甲所示，豎直擋板MN左側(cè)空間有豎直向上的勻強電場和垂直紙面向里的水平勻強磁場，電場和磁場的范圍足夠大，電場強度E40 N/C，磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的關(guān)系圖象如圖乙所示，選定磁場垂直紙面向里為正方向t0時刻，一質(zhì)量m8104 kg、帶電荷量q2104 C的微粒在O點具有豎直向下的速度v0.12 m/s，O是擋板MN上一點，直線OO與擋板MN垂直，取g10 m/s2.求： (1)微粒再次經(jīng)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的最大高度； (3)水平移動擋板，使微粒能垂直射到擋板上

5、，擋板與O點間的距離應(yīng)滿足的條件(2)微粒運動半周后向上勻速運動，運動的時間為t5 s，軌跡如圖所示，位移大小svt0.6 m1.88 m因此，微粒離開直線OO的最大高度hsR2.48 m.(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，由圖象可知，擋板MN與O點間的距離應(yīng)滿足：L(2.4n0.6) m(n0,1,2)若P點在直線OO上方，由圖象可知，擋板MN與O點間的距離應(yīng)滿足：L(2.4n1.8) m(n0,1,2)綜合以上兩種情況，得擋板MN與O點間的距離應(yīng)滿足：L(1.2n0.6) m(n0,1,2)【答案【答案】(1)1.2 m(2)2.48 m(3)(1.2n0.6)

6、m(n0,1,2) 2如圖甲所示，與紙面垂直的豎直面MN的左側(cè)空間中存在豎直向上的場強大小為E2.5102 N/C的勻強電場(上、下及左側(cè)無界)一個質(zhì)量為m0.5 kg、電荷量為q2.0102 C的可視為質(zhì)點的帶正電小球，在t0時刻以大小為v0的水平初速度向右通過電場中的一點P，當(dāng)tt1時刻在電場所在空間中加上一如圖乙所示隨時間周期性變化的磁場，使得小球能豎直向下通過D點，D為電場中小球初速度方向上的一點，PD間距為L，D到豎直面MN的距離DQ為L/.設(shè)磁感應(yīng)強度垂直紙面向里為正(g10 m/s2) (1)如果磁感應(yīng)強度B0為已知量，使得小球能豎直向下通過D點，求磁場每一次作用時間t0的最小值(用題中所給物理量的符號表示)； (2)如果磁感應(yīng)強度B0為已知量，試推出滿足條件的時刻t1的表達(dá)式(用題中所給物理量的符號表示)； (3)若小球能始終在電磁場所在空間做周期性運動，則當(dāng)小球運動的周期最大時，求出磁感應(yīng)強度B0及運動的最大周期T的大小(用題中所給物理量的符號表示)【解析】(1)當(dāng)小球僅有電場作用時：mgEq，小球?qū)⒆鰟蛩僦本€運動在t1時刻加入磁場，小球在時間t0內(nèi)將做勻速圓周運動，圓周運動周期為T0，若豎直向下通過D點，由圖甲分析可知：(3)小球運動的速率始終不變，當(dāng)R變大時，T0也增加，小球在電磁場中的運動的周期T增加，在小球不飛出電磁場的情況下，當(dāng)T最大時有：