高考物理二輪復習 專題三 電場和磁場 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 圖1A 霍爾元件前表面的電勢低于后表面B 若電源的正負極對調(diào) 電壓表將反偏C IH與I成正比D 電壓表的示數(shù)與RL消耗的電功率成正比 答案CD 圖2 1 求原本打在MN中點P的離子質(zhì)量m 2 為使原本打在P的離子能打在QN區(qū)域 求加速電壓U的調(diào)節(jié)范圍 3 為了在QN區(qū)域?qū)⒃敬蛟贛Q區(qū)域的所有離子檢測完整 求需要調(diào)節(jié)U的最少次數(shù) 取lg2 0 301 lg3 0 477 lg5 0 699 圖3 1 出射粒子的動能Em 2 粒子從飄入狹縫至動能達到Em所需的總時間t0 3 要使飄入狹縫的粒子中有超過99 能射出 d應滿足的條件 考情分析 帶電粒子在復合場中的運動是高考的重點和熱點 如在復合場中的直線運動以及依次通過電場和磁場的運動 題目與共點力平衡 牛頓運動定律 能量守恒 動能定理 圓周運動等聯(lián)系在一起 且多與實際問題相結(jié)合 主要考查學生分析問題的能力 綜合能力和利用數(shù)學方法解決問題的能力 題目綜合性強 難度大 帶電粒子在組合場中的運動 規(guī)律方法 帶電粒子在組合場中運動的處理方法 1 如圖4所示 在直角坐標系xOy平面內(nèi)有一矩形區(qū)域MNPQ 矩形區(qū)域內(nèi)有水平向右的勻強電場 場強為E 在y 0的區(qū)域內(nèi)有垂直于坐標平面向里的勻強磁場 半徑為R的光滑絕緣空心半圓管ADO固定在坐標平面內(nèi) 半圓管的一半處于電場中 圓心O1為MN的中點 直徑AO垂直于水平虛線MN 一質(zhì)量為m 電荷量為q的帶電粒子 重力不計 從半圓管的O點由靜止釋放 進入管內(nèi)后從A點穿出恰能在磁場中做半徑為R的勻速圓周運動 當粒子再次進入矩形區(qū)域MNPQ時立即撤去磁場 此后粒子恰好從QP的中點C離開電場 求 精典題組 圖4 1 勻強磁場的磁感應強度B的大小 2 矩形區(qū)域的長度MN和寬度MQ應滿足的條件 3 粒子從A點運動到C點的時間 2 如圖5所示的平行板器件中 存在相互垂直的勻強磁場和勻強電場 磁場的磁感應強度B1 0 20T 方向垂直紙面向里 電場強度E1 1 0 105V m PQ為板間中線 緊靠平行板右側(cè)邊緣xOy坐標系的第一象限內(nèi) 有一邊界線AO 與y軸的夾角 AOy 45 邊界線的上方有垂直紙面向外的勻強磁場 磁感應強度B2 0 25T 邊界線的下方有豎直向上的勻強電場 電場強度E2 5 0 105V m 一束帶電荷量q 8 0 10 19C 質(zhì)量m 8 0 10 26kg的正離子從P點射入平行板間 沿中線PQ做直線運動 穿出平行板后從y軸上坐標為 0 0 4m 的Q點垂直y軸射入磁場區(qū) 多次穿越邊界線OA 求 圖5 1 離子運動的速度 2 離子從進入磁場到第二次穿越邊界線OA所需的時間 答案 1 5 0 105m s 2 8 28 10 7s 帶電粒子在疊加復合場中的運動 規(guī)律方法 關(guān)注幾場疊加 構(gòu)建運動模型 優(yōu)選規(guī)律解題 精典題組 圖6 1 粒子a第一次在第 象限復合場中運動的時間之比 2 粒子b在第 象限內(nèi)復合場中運動的軌跡半徑 解析 1 粒子a進入復合場區(qū)中 電場力和重力平衡 qE mg 粒子a在第 象限做勻速圓周運動 畫出粒子a的運動軌跡 如圖所示 答案 1 1 4 2 4l 圖7 1 小球做勻速直線運動的速度v的大小和方向 2 從撤掉磁場到小球再次穿過P點所在的這條電場線經(jīng)歷的時間t 解析 1 小球勻速直線運動時受力如圖 其所受的三個力在同一平面內(nèi) 合力為零 有 2 解法一撤去磁場 小球在重力與電場力的合力作用下做類平拋運動 如圖所示 設(shè)其加速度為a 有 答案 1 20m s與電場方向成60 角斜向上 2 3 5s 帶電粒子在電磁場中的運動與現(xiàn)代科技的綜合 規(guī)律方法 模型選擇是解題前提 受力分析是解題方法中學階段常見的帶電粒子在正交的勻強電場和勻強磁場中運動的幾種模型有 速度選擇器 回旋加速器 質(zhì)普儀 磁流體發(fā)電機 霍爾元件 電磁流量計等 和 的共同特征是粒子在其中只受電場力和洛倫茲力作用 并且最終電場力和洛倫茲力平衡 1 如圖8所示 長方體玻璃水槽中盛有NaCl的水溶液 在水槽左 右側(cè)壁內(nèi)側(cè)各裝一導體片 使溶液中通入沿x軸正向的電流I 沿y軸正向加恒定的勻強磁場B 圖中a b是垂直于z軸方向上水槽的前后兩內(nèi)側(cè)面 則 精典題組 圖8 A a處電勢高于b處電勢B a處離子濃度大于b處離子濃度C 溶液的上表面電勢高于下表面的電勢D 溶液的上表面處的離子濃度大于下表面處的離子濃度答案B 2 2016 全國卷 15 現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子 其示意圖如圖9所示 其中加速電壓恒定 質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場加速 經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場 若某種一價正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場加速 為使它經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場 需將磁感應強度增加到原來的12倍 此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為 圖9A 11B 12C 121D 144 答案D 3 多選 如圖10所示為磁流體發(fā)電機的原理圖 金屬板M N之間的距離為d 20cm 磁場的磁感應強度大小為B 5T 方向垂直紙面向里 現(xiàn)將一束等離子體 即高溫下電離的氣體 含有大量帶正電和帶負電的微粒 整體呈中性 從左側(cè)噴射入磁場 發(fā)現(xiàn)在M N兩板間接入的額定功率為P 100W的燈泡正常發(fā)光 且此時燈泡電阻為R 100 不計離子重力和發(fā)電機內(nèi)阻 且認為離子均為一價離子 則下列說法中正確的是 圖10A 金屬板M上聚集負電荷 金屬板N上聚集正電荷B 該發(fā)電機的電動勢為100VC 離子從左側(cè)噴射入磁場的初速度大小為103m sD 每秒鐘有6 25 1018個離子打在金屬板N上 答案BD 高頻考點七對稱思維法在復合場中的應用 1 對稱思維法常見的應用 1 運動的對稱性 如豎直上拋運動中物體向上 向下運動的兩過程中同位置處速度大小相等 加速度相等 2 結(jié)構(gòu)的對稱性 如均勻帶電的圓環(huán) 在其圓心處產(chǎn)生的場強為零 3 幾何關(guān)系的對稱性 如粒子從某一直線邊界射入磁場 再從同一邊界射出磁場時 速度與邊界的夾角相等 4 場的對稱性 等量同種 異種電荷形成的場具有對稱性 電流周圍的磁場 條形磁鐵和通電螺線管周圍的磁場等都具有對稱性 2 用對稱性解題的關(guān)鍵分析問題時抓住事物在某一方面的對稱性 例如對稱的運動 對稱的結(jié)構(gòu) 對稱的作用力 對稱的幾何關(guān)系 對稱的電路等 利用對稱法分析解決物理問題 可以避免復雜的數(shù)學演算和推導 直接抓住問題的實質(zhì) 快速簡便地求解問題 典例 如圖11所示 在x軸上方存在勻強磁場 磁感應強度為B 方向垂直紙面向里 在x軸下方存在勻強電場 方向豎直向上 一個質(zhì)量為m 電荷量為q 重力不計的帶正電粒子從y軸上的a 0 h 點沿y軸正方向以某初速度開始運動 一段時間后 粒子與x軸正方向成45 進入電場 經(jīng)過y軸的b點時速度方向恰好與y軸垂直 求 圖11 1 粒子在磁場中運動的軌道半徑r和速度大小v1 2 勻強電場的電場強度大小E 3 粒子從開始到第三次經(jīng)過x軸的時間t總 解析 1 根據(jù)題意可知 大致畫出粒子在復合場中的運動軌跡 如圖所示 變式1改變釋放點的位置將 典例 中的帶電粒子在a 2h 2h 點由靜止釋放 粒子第二次經(jīng)過x軸時恰好過坐標原點O 求 圖12 1 勻強電場的電場強度大小E 2 粒子從開始運動到第五次經(jīng)過x軸時的時間t 解析 1 粒子運動軌跡如圖所示 變式2改變電場方向?qū)?典例 中x軸下方的勻強電場方向改成與x軸負方向成45 角 如圖13所示 粒子仍從a 0 h 點釋放 一段時間后若粒子沿平行電場線方向進入電場 且粒子沿電場線移動的最大距離為h 求 圖13 1 勻強電場的電場強度大小E 2 粒子從開始到第三次經(jīng)過x軸的時間t 解析 1 帶電粒子運動軌跡如圖所示 反思總結(jié)1 運動過程的分解方法 1 以 場 的邊界將帶電粒子的運動過程分段 2 分析每段運動帶電粒子的受力情況和初速度 判斷粒子的運動性質(zhì) 3 建立聯(lián)系 前 后兩段運動的關(guān)聯(lián)為帶電粒子過關(guān)聯(lián)點時的速度 4 分段求解 根據(jù)題設(shè)條件 選擇計算順序 2 周期性和對稱性的應用相鄰場問題大多具有周期性和對稱性 解題時一是要充分利用其特點畫出帶電粒子的運動軌跡 以幫助理順物理過程 如本題 二是要注意周期性和對稱性對運動時間的影響