高考物理大一輪總復(fù)習(xí) 熱點(diǎn)專(zhuān)題突破 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中常見(jiàn)的三種軌跡課件

熱點(diǎn)專(zhuān)題系列熱點(diǎn)專(zhuān)題系列(九九)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中常見(jiàn)的三種軌跡帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中常見(jiàn)的三種軌跡熱點(diǎn)概述帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的軌跡往往對(duì)稱(chēng)和諧，異彩紛呈常見(jiàn)有“拱橋”形、“葡萄串”形、“心連心”形等一、“拱橋”形帶電粒子在磁場(chǎng)和電場(chǎng)中交替運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)中的軌跡為半圓，進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)速度方向與電場(chǎng)線平行，粒子在電場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)，如果粒子在電場(chǎng)中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，則粒子運(yùn)動(dòng)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(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在x軸下方有沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)為E，一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿著y軸正方向射出，射出之后，第三次到達(dá)x軸時(shí)，它與O點(diǎn)的距離為L(zhǎng)，求此時(shí)粒子射出時(shí)的速度大小和運(yùn)動(dòng)的總路程(重力不計(jì))二、“葡萄串”形當(dāng)空間存在重力場(chǎng)、電場(chǎng)和周期性變化的磁場(chǎng)時(shí)，當(dāng)電荷受到重力和電場(chǎng)力平衡時(shí)，有磁場(chǎng)時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng)【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(chǎng)和磁場(chǎng)，電場(chǎng)沿y軸正方向，磁場(chǎng)垂直紙面(以向里為正)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)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(shí)刻以v08 m/s的速度從坐標(biāo)原點(diǎn)沿x軸正向運(yùn)動(dòng)，不計(jì)粒子重力求： (1)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期； (2)t20103 s時(shí)粒子的位置坐標(biāo)； (3)t24103 s時(shí)粒子的速度三、“心連心”形當(dāng)帶電粒子在相鄰的磁感應(yīng)強(qiáng)度不同的磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)其半徑不同，因此粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡為兩個(gè)半圓的相互交叉，稱(chēng)為“心連心”形【例證3】2013陜西高三質(zhì)檢如圖所示，兩個(gè)同心圓是磁場(chǎng)的理想邊界，內(nèi)圓半徑為R，外圓半徑為R，磁場(chǎng)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(qiáng)度為B，內(nèi)圓中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為.t0時(shí)，一個(gè)質(zhì)量為m、帶電荷量為q的離子(不計(jì)重力)，從內(nèi)圓上的A點(diǎn)沿半徑方向飛進(jìn)環(huán)形磁場(chǎng)，剛好沒(méi)有飛出磁場(chǎng) (1)求離子的速度大小； (2)離子自A點(diǎn)射出后在兩個(gè)磁場(chǎng)間不斷地飛進(jìn)飛出，求從t0開(kāi)始經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間第一次回到A點(diǎn)？ (3)求從t0開(kāi)始到離子第二次回到A點(diǎn)，離子在內(nèi)圓磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間共為多少？ (4)畫(huà)出從t0到第二次回到A點(diǎn)離子運(yùn)動(dòng)的軌跡(小圓上的黑點(diǎn)為圓周的等分點(diǎn)，供畫(huà)圖時(shí)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(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的范圍足夠大，電場(chǎng)強(qiáng)度E40 N/C，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖象如圖乙所示，選定磁場(chǎng)垂直紙面向里為正方向t0時(shí)刻，一質(zhì)量m8104 kg、帶電荷量q2104 C的微粒在O點(diǎn)具有豎直向下的速度v0.12 m/s，O是擋板MN上一點(diǎn)，直線OO與擋板MN垂直，取g10 m/s2.求： (1)微粒再次經(jīng)過(guò)直線OO時(shí)與O點(diǎn)的距離； (2)微粒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中離開(kāi)直線OO的最大高度； (3)水平移動(dòng)擋板，使微粒能垂直射到擋板上，擋板與O點(diǎn)間的距離應(yīng)滿(mǎn)足的條件(2)微粒運(yùn)動(dòng)半周后向上勻速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的時(shí)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(kāi)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(diǎn)P，P點(diǎn)在直線OO下方時(shí)，由圖象可知，擋板MN與O點(diǎn)間的距離應(yīng)滿(mǎn)足：L(2.4n0.6) m(n0,1,2)若P點(diǎn)在直線OO上方，由圖象可知，擋板MN與O點(diǎn)間的距離應(yīng)滿(mǎn)足：L(2.4n1.8) m(n0,1,2)綜合以上兩種情況，得擋板MN與O點(diǎn)間的距離應(yīng)滿(mǎn)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) 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(chǎng)強(qiáng)大小為E2.5102 N/C的勻強(qiáng)電場(chǎng)(上、下及左側(cè)無(wú)界)一個(gè)質(zhì)量為m0.5 kg、電荷量為q2.0102 C的可視為質(zhì)點(diǎn)的帶正電小球，在t0時(shí)刻以大小為v0的水平初速度向右通過(guò)電場(chǎng)中的一點(diǎn)P，當(dāng)tt1時(shí)刻在電場(chǎng)所在空間中加上一如圖乙所示隨時(shí)間周期性變化的磁場(chǎng)，使得小球能豎直向下通過(guò)D點(diǎn)，D為電場(chǎng)中小球初速度方向上的一點(diǎn)，PD間距為L(zhǎng)，D到豎直面MN的距離DQ為L(zhǎng)/.設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直紙面向里為正(g10 m/s2) (1)如果磁感應(yīng)強(qiáng)度B0為已知量，使得小球能豎直向下通過(guò)D點(diǎn)，求磁場(chǎng)每一次作用時(shí)間t0的最小值(用題中所給物理量的符號(hào)表示)； (2)如果磁感應(yīng)強(qiáng)度B0為已知量，試推出滿(mǎn)足條件的時(shí)刻t1的表達(dá)式(用題中所給物理量的符號(hào)表示)； (3)若小球能始終在電磁場(chǎng)所在空間做周期性運(yùn)動(dòng)，則當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)的周期最大時(shí)，求出磁感應(yīng)強(qiáng)度B0及運(yùn)動(dòng)的最大周期T的大小(用題中所給物理量的符號(hào)表示)【解析】(1)當(dāng)小球僅有電場(chǎng)作用時(shí)：mgEq，小球?qū)⒆鰟蛩僦本€運(yùn)動(dòng)在t1時(shí)刻加入磁場(chǎng)，小球在時(shí)間t0內(nèi)將做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，圓周運(yùn)動(dòng)周期為T(mén)0，若豎直向下通過(guò)D點(diǎn)，由圖甲分析可知：(3)小球運(yùn)動(dòng)的速率始終不變，當(dāng)R變大時(shí)，T0也增加，小球在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的周期T增加，在小球不飛出電磁場(chǎng)的情況下，當(dāng)T最大時(shí)有：