2012《金榜夺冠》物理一轮第九章第三单元第4课时.ppt

高考总复习物理 第三单元 复合场问题及STS问题 第4课时 专题：带电体在复合场中的运动 选修3-1 第九章 磁场 高考总复习物理 高考总复习物理 基础回顾 考点一 复合场 1复合场：是指_、_和 _并存的区域，或其中某两场并存的区域 复合场也称为叠加场 2特征：带电粒子在复合场中同时受到 _、_和_的作用，或其中某 两种力的作用 答案： 1电场 磁场 重力场 2电场力 洛伦兹力 重力 高考总复习物理 要点深化 (1)重力的大小为mg，方向竖直向下，重力 做功与路径无关，其数值除与带电粒子的质量有 关外，还与初、末位置的高度差有关 (2)电场力的大小为qE，方向与电场强度E及 带电粒子所带电荷的性质有关，电场力做功与路 径无关，其数值除与带电粒子的电荷量有关外， 还与初、末位置的电势差有关 高考总复习物理 (3)洛伦兹力大小为qvB，方向垂直于v和B所决 定的平面，无论带电粒子做什么运动，洛伦兹 力都不做功 2说明 电子、质子、粒子、离子等微观粒子在叠加 场中运动时，试题没有说明都不计重力，但质 量较大的质点(如带电尘粒)在叠加场中运动时 ，除试题说明不然都要考虑重力 高考总复习物理 基础回顾 考点二 带电粒子在复合场的运动分析 1带电粒子在复合场中做什么运动，取决于带电 粒子所受的_及其_，因此应把带电粒子 的运动情况和受力情况结合起来进行分析： (1)当带电粒子在复合场中所受的合外力为零时，带 电粒子做_运动 (2)当带电粒子所受的重力与电场力等值反向，洛伦 兹力提供向心力时，带电粒子在垂直于磁场的平面内做 _运动 高考总复习物理 (3)当带电粒子所受的合外力是变力，且与初 速度方向不在一条直线上时，粒子的运动轨迹既 不是圆弧，也不是抛物线粒子做_运动 2在复合场中如果有杆、环等物质对带电粒 子的运动进行约束，则必须考虑支持力或压力等 弹力而带电粒子在它们的约束之下只能按杆或 环的形状进行运动 答案： 1合外力 初速度 (1)匀速直线 (2)匀速圆周 (3)变速曲线 高考总复习物理 要点深化 灵活选用力学规律是解决问题的关键 当带电粒子在复合场中做匀速运动时， 应根据力的平衡条件列方程求解 当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动 时，往往同时应用牛顿第二定律和平衡条件列 方程联立求解 当带电粒子在复合场中做变速曲线运动 时，应选用动能定理或能量守恒定律列方程求 解，或者针对受力方向进行运动分解处理 高考总复习物理 如果涉及两个带电粒子的碰撞问题 ，还要根据动量守恒定律列出方程，再 与其它方程联立求解 由于带电粒子在复合场中受力情况 复杂，运动情况多变，往往出现临界问 题，这时应以题目中的“恰好”、“最 大”、“至少”等词语为突破口，挖掘 隐含条件，根据临界条件列出辅助方程 ，再与其它方程联立求解 高考总复习物理 高考总复习物理 题型一 带电粒子在复合场里的直线运动 带电粒子在复合场中做直线运动的处理：若带电粒子没 有任何物质进行束缚，当他在空旷的三场中做直线运动时必 做匀速直线运动，其所受的合外力必为零 设在地面上方的真空室内存在匀强电场和匀强磁场 已知电场强度和磁感应强度的方向是相同的，电场强 度的大小E4.0 V/m，磁感应强度的大小B0.15 T今 有一个带负电的质点以v20 m/s的速度在此区域内沿垂 直场强方向做匀速直线运动，求此带电质点的电荷与质 量之比q/m以及磁场的所有可能方向(角度可用反三角 函数表示) 高考总复习物理 解析： 根据带电质点做匀速直线运动 的条件，得知此带电质点所受 的重力、电场力和洛伦兹力的 合力必定为零由此推知此三 个力在同一竖直平面内，如右 图所示，质点的速度垂直纸面 向外 由合力为零的条件，可得 高考总复习物理 求得带电质点的电荷与质量之比 1.96 C/kg. 因质点带负电，电场方向与电场力方向相反，因而磁 场方向也与电场力方向相反设磁场方向与重力方向之间 夹角为，则有： qEsin qvBcos 解得：arctan 0.75 即磁场是沿着与重力方向夹角arctan 0.75，且斜向 下方的一切方向 答案：1.96 C/kg 沿着与重力方向成夹角arctan 0.75，且 斜向下方的一切方向 高考总复习物理 题型训练 1.地面附近空间中存在 着水平方向的匀强电场(电 场没画出)和垂直纸面向里 的匀强磁场一个带电液滴 沿着一条与竖直方向成角 的直线MN运动如右图所 示，由此可以判断( ) A如果液滴带负电 ，则它是从M点运动到N点 B如果液滴带负电 ，则它是从N点运动到M点 C液滴有可能做匀变速直线运动 D液滴一定做匀速直线运动 高考总复习物理 解析：由于带电粒子所受的洛伦兹力的大小与 其运动速度有关，如果其速度不断增大，则洛伦兹 力也会增大然而重力和电场力都是保守力，合力 不变，则只有当粒子做匀速运动时，粒子才能保持 洛伦兹力不变，和其他两种力的合力为零，做匀速 直线运动，根据洛伦兹力方向的判断方法左手 定则可知，当液滴带负电时，若他从M点运动到N 点，他所受的洛伦兹力斜向左下方，则无论电场方 向水平向右还是向左，电场力与重力的合力都不可 能与洛伦兹力平衡，故液滴只能从N点运动到M点 答案：BD 高考总复习物理 题型二 带电粒子在复合场中做曲线运动 处理这类问题的基本思路是： (1)当带电粒子所受的重力与电场力等值反向时， 洛伦兹力提供向心力带电粒子在垂直于磁场的平面内 做匀速圆周运动这时，要利用重力和电场力相等列出 一式，利用洛伦兹力等于向心力列一式，结合其他方面 就能解答 (2)当带电粒子所受的合外力是变力时，即与初速 度方向不在同一直线上，粒子做非匀变速曲线运动，这 时粒子的运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线这时， 要选用动能定理或能量守恒定律列式解答 高考总复习物理 在磁感应强度为B的垂直纸 面向里的匀强磁场中，一质量为m 、带正电为q的小球在O点静止释 放，小球的运动曲线如右图所示 已知此曲线在最低点的曲率半 径为该点到x轴距离的2倍，重力 加速度为g.求： (1)小球运动到任意位置P(x ，y)处的速率v； (2)小球在运动过程中第一次 下降的最大距离ym； 解析：(1)洛伦兹力不做功，由动能定理得， 高考总复习物理 (2)设在最大距离ym处的速率为vm，根据圆周运动有， 由及R2ym得 答案： 高考总复习物理 题型训练 2. 2.(2010年普宁统考)如右图所示 ，竖直平面上有相互垂直的匀强电 场和匀强磁场，电场强度E12500 N/C，方向竖直向上；磁感应强度B 103 T，方向垂直纸面向外；有一 质量m1102 kg、电荷量q 4105 C的带正电小球自O点沿与 水平线成45并以v04 m/s的速度射 入复合场中， 之后小球恰好从P点进入电场强度E22500 N/C，方向水平向左 的第二个匀强电场中不计空气阻力，g取10 m/s2.求： (1)O点到P点的距离s1； (2)小球经过P点的正下方Q点时与P点的距离s2. 高考总复习物理 解析：(1)带电小球在正交的匀强电场和匀 强磁场中因受到的重力Gmg0.1 N 电场力F1 qE10.1 N 即GF1，故小球在正交的电磁场中由A到C做匀 速圆周运动 根据牛顿第二定律得： 解得： 由几何关系得：s1 R m. 高考总复习物理 (2)带电小球在P点的 速度大小仍为v04 m/s，方 向与水平方向成45.由于电 场力F2qE20.1 N，与重 力大小相等，方向相互垂直 ，则合力的大小为F0.1 N ，方向与初速度垂直，故小 球在第二个电场中作平抛运 动 建立如上图所示的x、y坐标系 沿y方向上， 小球的加速度 aF/m10 m/s2 高考总复习物理 位移y 沿x方向上，小球的位移 xv0t 由几何关系有：yx 即： v0t，解得：t0.4 s Q点到P点的距离s2 x 40.4 m3.2 m. 答案：(1) m (2)3.2 m 位移y 沿x方向上，小球的位移 xv0t 由几何关系有：yx 即： v0t，解得：t0.4 s Q点到P点的距离s2 x 40.4 m3.2 m. 答案：(1) m (2)3.2 m 位移y 沿x方向上，小球的位移 xv0t 由几何关系有：yx 即： v0t，解得：t0.4 s Q点到P点的距离s2 x 40.4 m3.2 m. 答案：(1) m (2)3.2 m 高考总复习物理 题型三 带电粒子在复合场中受约束的运动问题分析 如右图所示，质量为m的小 环带有电荷量为q的正电荷，将 它套在绝缘硬棒上，硬棒足够长 ，且与水平方向成角，小环与 棒的动摩擦因数为，整个装置 在磁感应强度为B的匀强磁场中 ，磁场方向与硬棒所在竖直平面 垂直且向内试求小环从硬棒上 端由静止开始释放沿棒下滑的最 大速度 有个同学这样解：选取小环为研究对象 ，进行受力分析，如右图所示当小环 以最大速度滑下时，加速度a0，则 高考总复习物理 qvmBNmgcos Nmgsin 联立解得： 这样解正确吗？若有错误，请指出其错误的原因，并 作出正确的解答 解析：不正确，只顾一状态不顾 过程分析而失误正确的解析如下： 如右图所示，当小环运动速度较小时 ，洛伦兹力FqvBmgcos .弹力N与 F同方向； mgsin Nma qvBNmgcos 由式可得ag(sin cos ) 高考总复习物理 易见，随着v增大，a亦增大当小 环运动速度增大到一定值时，qv1B mgcos ，N0，则fN0.此时加 速度达到最大值，agsin . 小环运动速度继续增大，洛伦兹力 qvB开始大于mgcos ，N改变方向(如 右图所示)则 qvBNmgcos mgsin Nma 由式可得 高考总复习物理 易见，随着v的再增大，a却减小，当a0时，速度才 真正达到最大值有： vm 答案：不正确， 点评：本题加速过程中，由于杆的支持力从大到小并转 换了方向，造成对小环所受合力分析的困难，故只有通 过对每一阶段的仔细分析才能发现其中的奥妙，却不可 简单了事 高考总复习物理 题型训练 3.如图所示的空间存在 着水平向左的匀强电场E和垂 直纸面向里的匀强磁场B.一 个质量为m、带电量为q的 小球套在不光滑的足够长的 竖直绝缘杆上自静止开始下 滑， 则( ) A小球的加速度不断减小，直至为零 B小球的加速度先增加后减小，最终为零 C小球的速度先增大后减小，最终为零 D小球的速度增大至最大，后保持不变 高考总复习物理 解析：在开始运动时，对小球进行受力分析如图所示，小 球带正电，小球受向下的重力、竖直向上的滑动摩擦力、 向右的电场力和洛伦兹力，向左的弹力由题意最初重力 大于滑动摩擦力，小球做加速运动由于小球最初无速度 ，洛伦兹力为零随着小球下落速度不断增加，其受到的 向右的洛伦兹力不断增大，小球受到的弹力也逐渐增加， 使小球受到的摩擦力也增大，小球的加速度逐渐减小，当 摩擦力增大到等于重力时，小球的加速度减至零，而速度 增至某一最大值后不变则力也不变，小球向下做匀速运 动 答案：AD 高考总复习物理 高考总复习物理 带电粒子运动方向改变而洛伦兹力的 方向没随着改变 警示 如右图所示，空中有水平向右 的匀强电场和垂直于纸面向外的匀 强磁场，质量为m，带电荷量为q 的滑块沿水平向右做匀速直线运动 ，滑块和水平面间的动摩擦因数为 ，滑块与墙碰撞后速度为原来的 一半滑块返回时，去掉了电场， 恰好也做匀速直线运动，求