高考物理大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 題型研究3 加試計(jì)算題 22題 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件.ppt

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題型研究3 加試計(jì)算題 22題 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),1.帶電粒子在疊加場(chǎng)中無(wú)約束情況下的運(yùn)動(dòng)情況分類(lèi),,考點(diǎn)一 帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),(1)洛倫茲力、重力并存 ①若重力和洛倫茲力平衡，則帶電粒子做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng). ②若重力和洛倫茲力不平衡，則帶電粒子將做復(fù)雜的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，因洛倫茲力不做功，故機(jī)械能守恒，由此可求解問(wèn)題. (2)電場(chǎng)力、洛倫茲力并存(不計(jì)重力的微觀(guān)粒子) ①若電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡，則帶電粒子做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng). ②若電場(chǎng)力和洛倫茲力不平衡，則帶電粒子將做復(fù)雜的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，因洛倫茲力不做功，可用動(dòng)能定理求解問(wèn)題.,(3)電場(chǎng)力、洛倫茲力、重力并存 ①若三力平衡，一定做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng). ②若重力與電場(chǎng)力平衡，一定做勻速圓周運(yùn)動(dòng). ③若合力不為零且與速度方向不垂直，將做復(fù)雜的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，因洛倫茲力不做功，可用能量守恒定律或動(dòng)能定理求解問(wèn)題.,2.帶電粒子在疊加場(chǎng)中有約束情況下的運(yùn)動(dòng),帶電粒子在疊加場(chǎng)中受輕桿、輕繩、圓環(huán)、軌道等約束的情況下，常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)形式有直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)解題要通過(guò)受力分析明確變力、恒力做功情況，并注意洛倫茲力不做功的特點(diǎn)，運(yùn)用動(dòng)能定理、能量守恒定律結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解.,,解析答案,例1 如圖1，在豎直平面內(nèi)建立直角坐標(biāo)系xOy，其第一象限存在著正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度的方向水平向右，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里.一帶電荷量為＋q、質(zhì)量為m的微粒從原點(diǎn)出發(fā)沿與x軸正方向的夾角為45°的初速度進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)中，正好做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)微粒運(yùn)動(dòng)到A(l，l)時(shí)，電場(chǎng)方向突然變?yōu)樨Q直向上(不計(jì)電場(chǎng)變化的時(shí)間)，粒子繼續(xù)運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，正好垂直于y軸穿出復(fù)合場(chǎng).不計(jì)一切阻力，求： (1)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大?。?圖1,解析 微粒到達(dá)A(l，l)之前做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)微粒受力分析如圖甲：,,解析答案,(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。?,解析答案,(3)微粒在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間.,,,規(guī)律總結(jié),粒子在疊加場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的分析思路,,解析答案,1.如圖2所示，在足夠大的空間范圍內(nèi)，同時(shí)存在著豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.足夠長(zhǎng)的斜面固定在水平面上，斜面傾角為45°.有一帶電的小球P靜止于斜面頂端A處，且恰好對(duì)斜面無(wú)壓力.若將小球P以初速度v0水平向右拋出(P視為質(zhì)點(diǎn))，一段時(shí)間后，小球落在斜面上的C點(diǎn).已知小球的運(yùn)動(dòng)軌跡在同一豎直平面內(nèi)，重力加速度為g，求： (1)小球P落到斜面上時(shí)速度方向與斜面的夾角θ及由A到 C所需的時(shí)間t；,1,2,變式題組,圖2,解析 小球P靜止時(shí)不受洛倫茲力作用，僅受自身重力和電場(chǎng)力，對(duì)斜面無(wú)壓力，則mg＝qE ① P獲得水平初速度后由于重力和電場(chǎng)力平衡，將在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由對(duì)稱(chēng)性可得小球P落到斜面上時(shí)其速度方向與斜面的夾角為45°,1,2,,解析答案,1,2,,解析,(2)小球P拋出到落回斜面的位移x的大小.,解析答案,1,2,,解析,2.如圖3所示，兩塊水平放置、相距為d的長(zhǎng)金屬板接在電壓可調(diào)的電源上.兩板之間的右側(cè)區(qū)域存在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng).將噴墨打印機(jī)的噴口靠近上板下表面，從噴口連續(xù)不斷噴出質(zhì)量均為m、水平速度均為v0、帶相等電荷量的墨滴.調(diào)節(jié)電源電壓至U，墨滴在電場(chǎng)區(qū)域恰能沿水平方向向右做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；進(jìn)入電場(chǎng)、磁場(chǎng)共存區(qū)域后，最終垂直打在下板的M點(diǎn). (1)判斷墨滴所帶電荷的種類(lèi)，并求其電荷量；,1,2,解析答案,圖3,解析 墨滴在電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，有,1,2,由①式得,由于電場(chǎng)方向向下，電荷所受電場(chǎng)力向上，可知墨滴帶負(fù)電荷,,解析,(2)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的值；,1,2,解析 墨滴垂直進(jìn)入電場(chǎng)、磁場(chǎng)共存區(qū)域，重力仍與電場(chǎng)力平衡，合力等于洛倫茲力，墨滴做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，有,考慮墨滴進(jìn)入磁場(chǎng)和撞板時(shí)的幾何關(guān)系，可知墨滴在該區(qū)域恰完成四分之一圓周運(yùn)動(dòng)，則半徑R＝d ④,解析答案,,解析,(3)現(xiàn)保持噴口方向不變，使其豎直下移到兩板中間的位置.為了使墨滴仍能到達(dá)下板M點(diǎn)，應(yīng)將磁感應(yīng)強(qiáng)度調(diào)至B′，則B′的大小為多少？,1,2,解析答案,解析 根據(jù)題設(shè)，墨滴運(yùn)動(dòng)軌跡如圖，設(shè)圓周運(yùn)動(dòng)半徑為R′，有,“電偏轉(zhuǎn)”和“磁偏轉(zhuǎn)”的比較,,考點(diǎn)二 帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),,解析答案,例2 (2015·浙江10月選考)如圖4是水平放置的小型粒子加速器的原理示意圖，區(qū)域Ⅰ和Ⅱ存在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1和B2，長(zhǎng)L＝1.0 m的區(qū)域Ⅲ存在場(chǎng)強(qiáng)大小E＝5.0×104 V/m、方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng).區(qū)域Ⅲ中間上方有一離子源S，水平向左發(fā)射動(dòng)能Ek0＝4.0×104 eV的氘核，氘核最終從區(qū)域Ⅱ下方的P點(diǎn)水平射出.S、P兩點(diǎn)間的高度差h＝0.10 m.(氘核質(zhì)量m＝2×1.67×10－27 kg、電荷量q＝1.60×10－19 C,1 eV＝1.60×10－19 J, ≈1×10－4) (1)求氘核經(jīng)過(guò)兩次加速后從P點(diǎn)射出時(shí)的 動(dòng)能Ek2.,圖4,解析 由動(dòng)能定理W＝Ek2－Ek0 電場(chǎng)力做功W＝qE·2L 得Ek2＝Ek0＋qE·2L＝1.4×105 eV＝2.24×10－14 J 答案 2.24×10－14 J,,(2)若B1＝1.0 T，要使氘核經(jīng)過(guò)兩次加速后從P點(diǎn)射出，求區(qū)域Ⅰ的最小寬度d.,解析答案,答案 0.06 m,,(3)若B1＝1.0 T，要使氘核經(jīng)過(guò)兩次加速后從P點(diǎn)射出，求區(qū)域Ⅱ的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2.,解析答案,解析 氘核運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示.,由圖中幾何關(guān)系可知2R2＝h＋(2R1－2R0) 解得R1＝0.05 m,答案 1.2 T,,,方法點(diǎn)撥,帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的分析思路及技巧,1.基本思路：,2.解題關(guān)鍵：抓住聯(lián)系兩個(gè)場(chǎng)的紐帶——速度.,,解析答案,3.(2016·浙江4月選考·22)如圖5為離子探測(cè)裝置示意圖.區(qū)域Ⅰ、區(qū)域Ⅱ長(zhǎng)均為L(zhǎng)＝0.10 m，高均為H＝0.06 m.區(qū)域Ⅰ可加方向豎直向下、電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)；區(qū)域Ⅱ可加方向垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，區(qū)域Ⅱ的右端緊貼著可探測(cè)帶電粒子位置的豎直屏.質(zhì)子束沿兩板正中間以速度v＝1.0×105 m/s水平射入，質(zhì)子荷質(zhì)比近似為 ＝1.0×108 C/kg.(忽略邊界效應(yīng)，不計(jì)重力) (1)當(dāng)區(qū)域Ⅰ加電場(chǎng)、區(qū)域Ⅱ不加磁場(chǎng)時(shí)，求能 在屏上探測(cè)到質(zhì)子束的外加電場(chǎng)的最大值Emax；,3,4,變式題組,圖5,解析 質(zhì)子在電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),3,4,答案 200 V/m,,解析答案,(2)當(dāng)區(qū)域Ⅰ不加電場(chǎng)、區(qū)域Ⅱ加磁場(chǎng)時(shí)，求能在屏上探測(cè)到質(zhì)子束的外加磁場(chǎng)的最大值Bmax；,3,4,答案 5.5×10－3 T,,解析答案,(3)當(dāng)區(qū)域Ⅰ加電場(chǎng)E小于(1)中的Emax，質(zhì)子束進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ和離開(kāi)區(qū)域Ⅱ的位置等高，求區(qū)域Ⅱ中的磁場(chǎng)B與區(qū)域Ⅰ中的電場(chǎng)E之間的關(guān)系式.,3,4,解析 質(zhì)子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示.,3,4,設(shè)質(zhì)子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率為v′，,3,4,3,4,,解析答案,圖6,(1)求離子束從小孔O射入磁場(chǎng)后打到x軸的區(qū)間；,3,4,恰好打在x＝4a的位置 打在x軸上的區(qū)間為[2a,4a],答案 見(jiàn)解析,3,4,,解析答案,(2)調(diào)整磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，可使速度最大的離子恰好打在探測(cè)板的右端，求此時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1；,答案 見(jiàn)解析,3,4,,解析答案,(3)保持磁感應(yīng)強(qiáng)度B1不變，求每秒打在探測(cè)板上的離子數(shù)N；若打在板上的離子80%被板吸收，20%被反向彈回，彈回速度大小為打板前速度大小的0.6倍，求探測(cè)板受到的作用力大小.,3,4,2r4＝1.5a 粒子打在x軸上的區(qū)間為[1.5a,3a],由動(dòng)量定理－Ft＝－0.8Nmv0＋0.2N(－0.6mv0－mv0) 解得F≈0.75N0mv0,答案 見(jiàn)解析,