高考物理一輪總復(fù)習(xí) 高考熱點(diǎn)專(zhuān)題 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中常見(jiàn)的三種運(yùn)動(dòng)軌跡課件 新人教版

《高考物理一輪總復(fù)習(xí) 高考熱點(diǎn)專(zhuān)題 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中常見(jiàn)的三種運(yùn)動(dòng)軌跡課件 新人教版》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理一輪總復(fù)習(xí) 高考熱點(diǎn)專(zhuān)題 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中常見(jiàn)的三種運(yùn)動(dòng)軌跡課件 新人教版（23頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、高考熱點(diǎn)專(zhuān)題(八)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中常見(jiàn)的三種運(yùn)動(dòng)軌跡【熱點(diǎn)概述【熱點(diǎn)概述】帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)是歷屆高考中的壓軸題，所以研究帶帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)是歷屆高考中的壓軸題，所以研究帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的求解方法，欣賞帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的求解方法，欣賞帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡，可以激發(fā)學(xué)生在探究中學(xué)會(huì)欣賞，在欣賞中促進(jìn)運(yùn)動(dòng)的軌跡，可以激發(fā)學(xué)生在探究中學(xué)會(huì)欣賞，在欣賞中促進(jìn)提高。提高。當(dāng)帶電粒子沿不同方向進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)時(shí)，粒子做各種各樣的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)帶電粒子沿不同方向進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)時(shí)，粒子做各種各樣的運(yùn)動(dòng)，形成了異彩紛呈的軌跡圖形，常見(jiàn)的有形成了異彩紛呈的軌跡圖形，常見(jiàn)的有“拱橋拱

2、橋”形、形、“心連心心連心”形、形、“葡萄串葡萄串”形等。形等?！緹狳c(diǎn)透析【熱點(diǎn)透析】1.“1.“拱橋拱橋”形形帶電粒子在磁場(chǎng)和電場(chǎng)中交替運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)中的軌跡為半圓，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)，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“拱橋拱橋”形。形?！纠C【例證1 1】如圖所示，在如圖所示，在x x軸上方有垂直于軸上方有垂直于xOyxOy平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B，在

3、，在x x軸下方有沿軸下方有沿y y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)為為E E，一質(zhì)量為，一質(zhì)量為m m、電荷量為、電荷量為q q的粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)的粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O O沿著沿著y y軸正方軸正方向射出，射出之后，第三次到達(dá)向射出，射出之后，第三次到達(dá)x x軸時(shí)，它與軸時(shí)，它與O O點(diǎn)的距離為點(diǎn)的距離為L(zhǎng) L，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)）。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)）?！窘馕觥俊窘馕觥慨?huà)出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖所示，形成畫(huà)出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖所示，形成“拱橋拱橋”圖形。圖形。由題可知粒子軌道半徑由題可知粒子軌道半徑 由牛頓運(yùn)動(dòng)定律知粒子

4、運(yùn)動(dòng)速由牛頓運(yùn)動(dòng)定律知粒子運(yùn)動(dòng)速率為率為L(zhǎng)R4。BqRBqLvm4m設(shè)粒子進(jìn)入電場(chǎng)后沿設(shè)粒子進(jìn)入電場(chǎng)后沿y y軸負(fù)方向做減速運(yùn)動(dòng)的最大位移為軸負(fù)方向做減速運(yùn)動(dòng)的最大位移為y y，由，由動(dòng)能定理知?jiǎng)幽芏ɡ碇粤Ｗ舆\(yùn)動(dòng)的總路程為所以粒子運(yùn)動(dòng)的總路程為答案：答案：2221qB LmvqEyy232mE，得22qB L1sL16mE2 。22BqLqB L1L4m16mE2 2.“2.“心連心心連心”形形當(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)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，時(shí)，其半徑不同，因此粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡

5、為兩個(gè)半圓的相互交叉，稱(chēng)為稱(chēng)為“心連心心連心”形。形?！纠C【例證2 2】如圖所示，一理想磁場(chǎng)以如圖所示，一理想磁場(chǎng)以x x軸為軸為界，下方磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是上方磁感應(yīng)界，下方磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是上方磁感應(yīng)強(qiáng)度強(qiáng)度B B的兩倍。今有一質(zhì)量為的兩倍。今有一質(zhì)量為m m、電荷量為、電荷量為+q+q的粒子，從原點(diǎn)的粒子，從原點(diǎn)O O沿沿y y軸正方向以速度軸正方向以速度v v0 0射入磁場(chǎng)中，求此粒子從開(kāi)始進(jìn)入磁場(chǎng)到射入磁場(chǎng)中，求此粒子從開(kāi)始進(jìn)入磁場(chǎng)到第四次通過(guò)第四次通過(guò)x x軸的位置和時(shí)間（重力不計(jì)）。軸的位置和時(shí)間（重力不計(jì)）?！窘馕觥俊窘馕觥坑捎?知粒子在知粒子在x x軸上方做圓軸上方做圓周運(yùn)動(dòng)

6、的軌道半徑周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑 在在x x軸下方軸下方做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑 所以所以r r1 1=2r=2r2 2?，F(xiàn)作出帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，形成現(xiàn)作出帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，形成“心連心心連心”圖形，圖形，所以粒子第四次經(jīng)過(guò)所以粒子第四次經(jīng)過(guò)x x軸的位置和時(shí)間分別為軸的位置和時(shí)間分別為答案：答案：在在x x軸正方向上距軸正方向上距O O點(diǎn)點(diǎn) 處處mvrBq01mvrBq，02mvr2Bq，012mvx2rBq122 m2 m3 mtTTBq2BqBq02mvBq3 mBq3.“3.“葡萄串葡萄串”形形在某一空間同時(shí)存在重力場(chǎng)、電場(chǎng)及周期性變化的磁場(chǎng)，若電在某一空

7、間同時(shí)存在重力場(chǎng)、電場(chǎng)及周期性變化的磁場(chǎng)，若電荷所受電場(chǎng)力與重力平衡時(shí)，無(wú)磁場(chǎng)時(shí)電荷做勻速直線運(yùn)動(dòng)，荷所受電場(chǎng)力與重力平衡時(shí)，無(wú)磁場(chǎng)時(shí)電荷做勻速直線運(yùn)動(dòng)，有磁場(chǎng)時(shí)電荷做圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡為直線與圓周有磁場(chǎng)時(shí)電荷做圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡為直線與圓周的結(jié)合，稱(chēng)為的結(jié)合，稱(chēng)為“葡萄串葡萄串”形。形?！纠C【例證3 3】如圖甲所示，互相平行且水平放置的金屬板，板長(zhǎng)如圖甲所示，互相平行且水平放置的金屬板，板長(zhǎng)L=1.2 mL=1.2 m，兩板距離，兩板距離d=0.6 md=0.6 m，兩板間加上，兩板間加上U=0.12 VU=0.12 V恒定電壓及恒定電壓及隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)變化規(guī)律

8、如圖乙所示，規(guī)定磁場(chǎng)方向隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)變化規(guī)律如圖乙所示，規(guī)定磁場(chǎng)方向垂直紙面向里為正。當(dāng)垂直紙面向里為正。當(dāng)t=0t=0時(shí)，有一質(zhì)量為時(shí)，有一質(zhì)量為m=2.0m=2.01010-6 -6 kgkg、電、電荷量荷量q=+1.0q=+1.01010-4-4 C C的粒子從極板左側(cè)以的粒子從極板左側(cè)以v v0 0=4.0=4.010103 3 m/s m/s的速的速度沿與兩板平行的中線度沿與兩板平行的中線OOOO射入，取射入，取g=10 m/sg=10 m/s2 2、=3.14=3.14。求：。求：（1 1）粒子在）粒子在0 01.01.01010-4-4 s s內(nèi)位移的大小內(nèi)位移的大小x

9、 x；（2 2）粒子離開(kāi)中線）粒子離開(kāi)中線OOOO的最大距離的最大距離h h；（3 3）粒子在板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間）粒子在板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t t；（4 4）畫(huà)出粒子在板間運(yùn)動(dòng)的軌跡圖。）畫(huà)出粒子在板間運(yùn)動(dòng)的軌跡圖?！窘馕觥俊窘馕觥?1)(1)由題意知：由題意知：而而mg=2.0mg=2.01010-5-5 N N顯然顯然Eq=mgEq=mg故粒子在故粒子在0 01.01.01010-4-4 s s時(shí)間內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，時(shí)間內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，因?yàn)橐驗(yàn)閠=1.0t=1.01010-4 -4 s,s,所以所以x=vx=v0 0t=0.4 mt=0.4 m5UEqq2.0 10 Nd（2 2）在）在1.01.

10、01010-4-42.02.01010-4-4 s s時(shí)間內(nèi)，時(shí)間內(nèi)，電場(chǎng)力與重力平衡，粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力與重力平衡，粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，因?yàn)橐驗(yàn)門(mén)= =1.0T= =1.01010-4-4 s s故粒子在故粒子在1.01.01010-4-42.02.01010-4-4 s s時(shí)間內(nèi)恰好完成一個(gè)周期圓時(shí)間內(nèi)恰好完成一個(gè)周期圓周運(yùn)動(dòng)周運(yùn)動(dòng)由牛頓第二定律得：由牛頓第二定律得：R=R=2 mqB200mvqv BR0mv0.064 mqBh=2R=0.128 mh=2R=0.128 m所以粒子離開(kāi)中線所以粒子離開(kāi)中線OOOO的最大距離的最大距離h=0.128 mh=0.128 m。（3 3）

11、板長(zhǎng)）板長(zhǎng)L=1.2 m=3xL=1.2 m=3xt=2T+3t=5.0t=2T+3t=5.01010-4-4 s s（4 4）軌跡如圖）軌跡如圖答案：答案：見(jiàn)解析見(jiàn)解析d2。【熱點(diǎn)集訓(xùn)】【熱點(diǎn)集訓(xùn)】1.1.在真空中，半徑為在真空中，半徑為R R的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B B，在此區(qū)域外圍足夠大空間有垂直，在此區(qū)域外圍足夠大空間有垂直紙面向內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小也為紙面向內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小也為B B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)帶正電粒的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)帶正電粒子從邊界上的子從邊界上的P P點(diǎn)沿半徑向外，以速度點(diǎn)沿半徑向外，以

12、速度v v0 0進(jìn)入外圍磁場(chǎng)，已知進(jìn)入外圍磁場(chǎng)，已知帶電粒子質(zhì)量帶電粒子質(zhì)量m=2m=21010-10-10 kg kg，帶電荷量，帶電荷量q=5q=51010-6-6 C C，不計(jì)重力，不計(jì)重力，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B=1 TB=1 T，粒子運(yùn)動(dòng)速度，粒子運(yùn)動(dòng)速度v v0 0=5=510103 3 m/s m/s，圓形，圓形區(qū)域半徑區(qū)域半徑R=0.2 mR=0.2 m，試畫(huà)出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡并求出粒子第一次回，試畫(huà)出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡并求出粒子第一次回到到P P點(diǎn)所需時(shí)間（計(jì)算結(jié)果可以用點(diǎn)所需時(shí)間（計(jì)算結(jié)果可以用表示）。表示）。【解析】【解析】由洛倫茲力提供向心力得：由洛倫茲力提供向心力得

13、：解得：解得：r=0.2 m=Rr=0.2 m=R軌跡如圖所示軌跡如圖所示粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為則粒子第一次回到則粒子第一次回到P P點(diǎn)所需時(shí)間為點(diǎn)所需時(shí)間為t=2T=16t=2T=161010-5-5 s s。答案：答案：圖見(jiàn)解析圖見(jiàn)解析 16161010-5-5 s s200mvqv Br502 rT810 sv 2.(20142.(2014漳州模擬漳州模擬) )如圖甲所示如圖甲所示, ,豎直擋板豎直擋板MNMN左側(cè)空間有方向左側(cè)空間有方向豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)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)和電場(chǎng)和磁場(chǎng)的范圍足夠大磁場(chǎng)

14、的范圍足夠大, ,電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度E=40N/C,E=40N/C,磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B B隨時(shí)間隨時(shí)間t t變變化的關(guān)系圖像如圖乙所示化的關(guān)系圖像如圖乙所示, ,選定磁場(chǎng)垂直紙面向里為正方向。選定磁場(chǎng)垂直紙面向里為正方向。t=0t=0時(shí)刻時(shí)刻, ,一質(zhì)量一質(zhì)量m=8m=81010-4-4kgkg、電荷量、電荷量q=+2q=+21010-4-4C C的微粒在的微粒在O O點(diǎn)點(diǎn)具有豎直向下的速度具有豎直向下的速度v=0.12m/s,Ov=0.12m/s,O 是擋板是擋板MNMN上一點(diǎn)上一點(diǎn), ,直線直線OOOO 與與擋板擋板MNMN垂直垂直,g,g取取10m/s10m/s2 2。求。求: :(1

15、)(1)微粒再次經(jīng)過(guò)直線微粒再次經(jīng)過(guò)直線OOOO 時(shí)與時(shí)與O O點(diǎn)的距離點(diǎn)的距離; ;(2)(2)微粒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中離開(kāi)直線微粒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中離開(kāi)直線OOOO 的最大高度的最大高度; ;(3)(3)水平移動(dòng)擋板水平移動(dòng)擋板, ,使微粒能垂直射到擋板上使微粒能垂直射到擋板上, ,擋板與擋板與O O點(diǎn)間的距點(diǎn)間的距離應(yīng)滿足的條件。離應(yīng)滿足的條件。【解析】【解析】(1)(1)由題意可知，由題意可知，微粒所受的重力微粒所受的重力G=mg=8G=mg=81010-3-3 N N電場(chǎng)力大小電場(chǎng)力大小F=Eq=8F=Eq=81010-3-3 N N因此重力與電場(chǎng)力平衡因此重力與電場(chǎng)力平衡微粒先在洛倫茲力作用下做

16、勻速圓周運(yùn)動(dòng)，微粒先在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則則 解得解得由由 解得解得T=10 sT=10 s則微粒在則微粒在5 s5 s內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)半個(gè)圓周，再次經(jīng)直線內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)半個(gè)圓周，再次經(jīng)直線OOOO時(shí)與時(shí)與O O點(diǎn)的距點(diǎn)的距離離: :l=2R=1.2 m=2R=1.2 m2vqvBm,RmvR0.6 mBq2 RT,v(2)(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t=5 s,t=5 s,軌軌跡如圖所示，跡如圖所示，位移大小為位移大小為x=vt=0.6 m=1.88 mx=vt=0.6 m=1.88 m因此，微粒離開(kāi)直線因此，微粒離開(kāi)直線OOOO的最大高度

17、的最大高度h=x+R=2.48 mh=x+R=2.48 m(3)(3)若微粒能垂直射到擋板上的某點(diǎn)若微粒能垂直射到擋板上的某點(diǎn)P P，當(dāng)，當(dāng)P P點(diǎn)在直線點(diǎn)在直線OOOO下方下方時(shí)，由圖像可知，擋板時(shí)，由圖像可知，擋板MNMN與與O O點(diǎn)間的距離應(yīng)滿足點(diǎn)間的距離應(yīng)滿足L=(2.4n+0.6)m (n=0,1,2L=(2.4n+0.6)m (n=0,1,2) )若微粒能垂直射到擋板上的某點(diǎn)若微粒能垂直射到擋板上的某點(diǎn)P,P,當(dāng)當(dāng)P P點(diǎn)在直線點(diǎn)在直線OOOO上方時(shí)上方時(shí), ,由由圖像可知圖像可知, ,擋板擋板MNMN與與O O點(diǎn)間的距離應(yīng)滿足點(diǎn)間的距離應(yīng)滿足L=(2.4n+1.8)m L=(2.4n+1.8)m (n=0,1,2(n=0,1,2) )答案答案: :(1)1.2 m (2)2.48 m (3)(1)1.2 m (2)2.48 m (3)見(jiàn)解析見(jiàn)解析