2019版高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題三 電場(chǎng)與磁場(chǎng) 第2講 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件.ppt

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第2講帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 1 必須領(lǐng)會(huì)的 三種方法 和 兩種物理思想 1 對(duì)稱法 合成法 分解法 2 等效思想 分解思想 2 做好 兩個(gè)區(qū)分 謹(jǐn)防做題誤入歧途 1 正確區(qū)分重力 電場(chǎng)力 洛倫茲力的大小 方向特點(diǎn)及做功特點(diǎn) 2 正確區(qū)分 電偏轉(zhuǎn) 和 磁偏轉(zhuǎn) 的不同 3 抓住 兩個(gè)技巧 做到解題快又準(zhǔn) 1 按照帶電粒子運(yùn)動(dòng)的先后順序 將整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程劃分成不同階段的小過(guò)程 2 善于利用幾何圖形處理邊角關(guān)系 要有運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問(wèn)題的習(xí)慣 備考策略 典例1 2018 全國(guó)卷 25 一足夠長(zhǎng)的條狀區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng) 其在xOy平面內(nèi)的截面如圖1所示 中間是磁場(chǎng)區(qū)域 其邊界與y軸垂直 寬度為l 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B 方向垂直于xOy平面 磁場(chǎng)的上 下兩側(cè)為電場(chǎng)區(qū)域 寬度均為l 電場(chǎng)強(qiáng)度的大小均為E 方向均沿x軸正方向 M N為條狀區(qū)域邊界上的兩點(diǎn) 它們的連線與y軸平行 一帶正電的粒子以某一速度從M點(diǎn)沿y軸正方向射入電場(chǎng) 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后恰好以從M點(diǎn)入射的速度從N點(diǎn)沿y軸正方向射出 不計(jì)重力 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 圖1 解析 1 粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖 a 所示 粒子在電場(chǎng)中的軌跡為拋物線 在磁場(chǎng)中為圓弧 上下對(duì)稱 圖 a 2 粒子從電場(chǎng)下邊界入射后在電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng) 設(shè)粒子從M點(diǎn)射入時(shí)速度的大小為v0 在下側(cè)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t 加速度的大小為a 粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度大小為v 方向與電場(chǎng)方向的夾角為 見(jiàn)圖 b 速度沿電場(chǎng)方向的分量為v1 根據(jù)牛頓第二定律有qE ma 式中q和m分別為粒子的電荷量和質(zhì)量 由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有v1 at l v0t v1 vcos 圖 b 典例2 如圖2所示 平面OM和水平面ON之間的夾角為30 兩平面之間同時(shí)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng) 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 方向垂直紙面向外 勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向豎直向上 一帶電小球的質(zhì)量為m 電荷量為q 帶電小球沿豎直平面以大小為v0的初速度從平面OM上的某點(diǎn)沿左上方射入磁場(chǎng) 速度方向與OM成30 角 帶電小球進(jìn)入磁場(chǎng)后恰好做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 已知帶電小球在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡與ON恰好相切 且?guī)щ娦∏蚰軓腛M上另一點(diǎn)P射出磁場(chǎng) P未畫(huà)出 帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 圖2 1 判斷帶電小球帶何種電荷 所加電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E為多大 2 求出射點(diǎn)P到兩平面交點(diǎn)O的距離s 3 帶電小球離開(kāi)磁場(chǎng)后繼續(xù)運(yùn)動(dòng) 能打在左側(cè)豎直的光屏OO 上的T點(diǎn) 求T點(diǎn)到O點(diǎn)的距離s 解析 1 根據(jù)題意 帶電小球受到的電場(chǎng)力與重力平衡 則帶電小球帶正電荷 由力的平衡條件得qE mg 典例3 如圖3甲所示 豎直擋板MN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E 40N 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 t 0時(shí)刻 一帶正電的微粒 質(zhì)量m 8 10 4kg 電荷量q 2 10 4C 在O點(diǎn)具有方向豎直向下 大小為0 12m s的速度v O 是擋板MN上一點(diǎn) 直線OO 與擋板MN垂直 取g 10m s2 求 帶電粒子在交變場(chǎng)中的周期性運(yùn)動(dòng) 圖3 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 的最大距離 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)間的水平距離應(yīng)滿足的條件 2 微粒運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期后向上勻速運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t 5 s 軌跡如圖所示 位移大小s vt解得s 1 88m因此 微粒離開(kāi)直線OO 的最大距離l s R 2 48m 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) 由圖可知 擋板MN與O點(diǎn)間的水平距離應(yīng)滿足L 2 4n 0 6 m n 0 1 2 3 若微粒能垂直射到擋板上的某點(diǎn)P P點(diǎn)在直線OO 上方時(shí) 由圖可知 擋板MN與O點(diǎn)間的距離應(yīng)滿足L 2 4n 1 8 m n 0 1 2 3 答案 1 1 2m 2 2 48m 3 L 2 4n 0 6 m n 0 1 2 3 或L 2 4n 1 8 m n 0 1 2 3 分析帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的注意事項(xiàng) 1 準(zhǔn)確劃分帶電粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的不同運(yùn)動(dòng)階段 不同運(yùn)動(dòng)形式 以及不同運(yùn)動(dòng)階段 不同運(yùn)動(dòng)形式之間的轉(zhuǎn)折點(diǎn)和臨界點(diǎn) 只有明確粒子在某一階段的運(yùn)動(dòng)形式后 才能確定解題所用到的物理規(guī)律 2 分析帶電粒子在交變電場(chǎng)或磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí) 還要注意對(duì)稱性的靈活應(yīng)用 1 2018 遼寧大連二模 如圖4所示為研究某種帶電粒子的裝置示意圖 粒子源射出的粒子束以一定的初速度沿直線射到熒光屏上的O點(diǎn) 出現(xiàn)一個(gè)光斑 在垂直于紙面向里的方向上加一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)后 粒子束發(fā)生偏轉(zhuǎn) 沿半徑為r的圓弧運(yùn)動(dòng) 打在熒光屏上的P點(diǎn) 然后在磁場(chǎng)區(qū)域再加一豎直向下 電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng) 光斑從P點(diǎn)又回到O點(diǎn) 關(guān)于該粒子 不計(jì)重力 下列說(shuō)法正確的是 圖4 答案D 2 多選 如圖5甲所示 空間同時(shí)存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 電場(chǎng)強(qiáng)度為E 一質(zhì)量為m 電荷量為q的帶正電小球恰好處于靜止?fàn)顟B(tài) 現(xiàn)在將磁場(chǎng)方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30 同時(shí)給小球一個(gè)垂直磁場(chǎng)方向斜向下的速度v 如圖乙所示 則關(guān)于小球的運(yùn)動(dòng) 下列說(shuō)法正確的是 圖5 答案AD 3 如圖6所示 在xOy平面內(nèi)OA和OB是第一 二象限的角平分線 在AOy區(qū)域內(nèi)存在沿x軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng) 在BOy區(qū)域內(nèi)存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng) 在第二象限其他區(qū)域內(nèi)存在垂直xOy平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 從OA上坐標(biāo)為 x0 y0 的點(diǎn)由靜止釋放一個(gè)質(zhì)量為m 電荷量為 q的粒子 重力不計(jì) 粒子恰好垂直穿過(guò)OB 1 求第一 二象限內(nèi)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度之比 2 若第一象限內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E0 要使粒子第一次射入磁場(chǎng)時(shí) 在第二象限內(nèi)不進(jìn)入x軸下方 則第二象限內(nèi)所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0應(yīng)滿足什么條件 圖6 解析 1 設(shè)第一 二象限內(nèi)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度分別為E1和E2 粒子經(jīng)過(guò)y軸時(shí)的速度大小為v0 甲 如圖甲所示 粒子在第二象限垂直穿過(guò)OB時(shí) 有vx v0 vy a2t vx vyqE2 ma2 由幾何關(guān)系得y0 x0 x1 y1 y0解得a2 3a1得E1 E2 1 3 由 1 知a2 3a1 若磁場(chǎng)垂直于xOy平面向里 則粒子運(yùn)動(dòng)軌跡與x軸相切時(shí)軌跡半徑r1最大 如圖乙所示 乙 由幾何關(guān)系有x1 r1 r1cos45 若磁場(chǎng)垂直xOy平面向外 粒子運(yùn)動(dòng)軌跡與x軸相切時(shí)軌跡半徑r2最大 如圖丙所示 丙 由幾何關(guān)系可得r2cos45 x1 r2 答案 1 1 3 2 見(jiàn)解析 物理是一門(mén)與生產(chǎn) 生活及現(xiàn)代科技聯(lián)系比較緊密的學(xué)科 在高考中 物理試題著重考查考生的知識(shí) 能力和學(xué)科素養(yǎng) 注重理論聯(lián)系實(shí)際 注重物理與科學(xué)技術(shù) 社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的聯(lián)系 注重物理知識(shí)在生產(chǎn) 生活 科技等方面的應(yīng)用 復(fù)合場(chǎng)中的STSE問(wèn)題 典例1 2018 安徽合肥三模 為監(jiān)測(cè)某化工廠的污水排放量 技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖7所示的長(zhǎng)方體流量計(jì) 該裝置由絕緣材料制成 其長(zhǎng) 寬 高分別為a b c 左右兩端開(kāi)口 在垂直于上下底面方向加一勻強(qiáng)磁場(chǎng) 前后兩個(gè)內(nèi)側(cè)面分別固定有金屬板作為電極 污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí) 接在M N兩端間的電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U 若用Q表示污水流量 單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積 下列說(shuō)法中正確的是 A M端的電勢(shì)比N端的高B 電壓表的示數(shù)U與a和b均成正比 與c無(wú)關(guān)C 電壓表的示數(shù)U與污水的流量Q成正比D 若污水中正負(fù)離子數(shù)相同 則電壓表的示數(shù)為0 疊加場(chǎng)在生活 生產(chǎn)中的應(yīng)用 圖7 答案C 典例2 2018 全國(guó)卷 24 如圖8 從離子源產(chǎn)生的甲 乙兩種離子 由靜止經(jīng)加速電壓U加速后在紙面內(nèi)水平向右運(yùn)動(dòng) 自M點(diǎn)垂直于磁場(chǎng)邊界射入勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里 磁場(chǎng)左邊界豎直 已知甲種離子射入磁場(chǎng)的速度大小為v1 并在磁場(chǎng)邊界的N點(diǎn)射出 乙種離子在MN的中點(diǎn)射出 MN長(zhǎng)為l 不計(jì)重力影響和離子間的相互作用 求 1 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小 2 甲 乙兩種離子的比荷之比 組合場(chǎng)在科技中的應(yīng)用 圖8 典例3 多選 2018 攀枝花三模 如圖9所示為一種獲得高能粒子的裝置原理圖 環(huán)形管內(nèi)存在垂直于紙面 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可調(diào)的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 環(huán)形管的寬度非常小 質(zhì)量為m 電荷量為q的帶正電粒子可在環(huán)中做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng) A B為兩塊中心開(kāi)有小孔且小孔距離很近的平行極板 原來(lái)電勢(shì)均為零 每當(dāng)帶電粒子經(jīng)過(guò)A板剛進(jìn)入A B之間時(shí) A板電勢(shì)升高到 U B板電勢(shì)仍保持為零 粒子在兩板間的電場(chǎng)中得到加速 每當(dāng)粒子離開(kāi)B板時(shí) A板電勢(shì)又降為零 粒子在電場(chǎng)中一次一次地加速使得動(dòng)能不斷增大 而在環(huán)形區(qū)域內(nèi) 通過(guò)調(diào)節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可使粒子運(yùn)行半徑R不變 已知極板間距遠(yuǎn)小于R 則下列說(shuō)法正確的是 圖9 答案BD 1 多選 自行車(chē)速度計(jì)是利用霍爾效應(yīng)傳感器獲知自行車(chē)的運(yùn)動(dòng)速率 如圖10甲所示 自行車(chē)前輪上安裝一塊磁鐵 輪子每轉(zhuǎn)一圈 這塊磁鐵就靠近傳感器一次 傳感器會(huì)輸出一個(gè)脈沖電壓 圖乙為霍爾元件的工作原理圖 當(dāng)磁場(chǎng)靠近霍爾元件時(shí) 導(dǎo)體內(nèi)定向運(yùn)動(dòng)的自由電荷在磁場(chǎng)力作用下偏轉(zhuǎn) 最終使導(dǎo)體在與磁場(chǎng) 電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)電勢(shì)差 即為霍爾電勢(shì)差 下列說(shuō)法正確的是 圖10 A 根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)和自行車(chē)車(chē)輪的半徑即可獲知車(chē)速大小B 自行車(chē)的車(chē)速越大 霍爾電勢(shì)差越高C 圖乙中霍爾元件的電流I是由正電荷定向運(yùn)動(dòng)形成的D 如果長(zhǎng)時(shí)間不更換傳感器的電源 霍爾電勢(shì)差將減小 答案AD 2 多選 如圖11所示為某種質(zhì)譜儀的工作原理示意圖 此質(zhì)譜儀由以下幾部分構(gòu)成 粒子源N P Q間的加速電場(chǎng) 靜電分析器 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng) 方向垂直紙面向外 膠片M 若靜電分析器通道中心線半徑為R 通道內(nèi)有均勻輻射電場(chǎng) 在中心線處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E 由粒子源發(fā)出一質(zhì)量為m 電荷量為q的正離子 初速度為零 重力不計(jì) 經(jīng)加速電場(chǎng)加速后 垂直場(chǎng)強(qiáng)方向進(jìn)入靜電分析器 在靜電分析器中 離子沿中心線做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 而后由S點(diǎn)沿著既垂直于磁分析器的左邊界 又垂直于磁場(chǎng)方向射入磁分析器中 最終打到膠片上的某點(diǎn) 下列說(shuō)法正確的是 答案AD