高考物理专题复习带电粒子在复合场中的运动PPT课件.ppt

4带电粒子在复合场中的运动 第八章 磁场 1 带电粒子在复合场中的直线运动 2010芜湖十二中 如图8 4 4所示 套在很长的绝缘直棒上的小球 其质量为m 带电荷量为 q 小球可在棒上滑动 将此棒竖直放在互相垂直 且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中 电场强度为E 方向水平向右 磁感应强度为B 方向水平向里 小球与棒的动摩擦因数为 求小球由静止沿棒下落的最大加速度和最大速度 设小球电荷量不变 重力加速度为g 图8 4 4 点评 带电粒子在复合场中的运动 一般具有较复杂的运动图景 可以综合考查重力场 电场 磁场的知识 同时考查考生在复杂的情景中灵活运用解题基本方法 洞察问题的内在联系 更能反映考生的综合素质 2009 北京 如图8 4 4所示的虚线区域内 充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场 一带电粒子a 不计重力 以一定的初速度由左边界的O点射入磁场 电场区域 恰好沿直线由区域右边界的O 点 图中未标出 穿出 若撤去该区域内的磁场而保留电场不变 另一个同样的粒子b 不计重力 仍以相同初速度由O点射入 从区域右边界穿出 则粒子b 图8 4 4 A 穿出位置一定在O 点下方B 穿出位置一定在O 点上方C 运动时 在电场中的电势能一定减小D 在电场中运动时 动能一定减小a粒子要在电场 磁场的复合场区内做直线运动 则该粒子一定做匀速直线运动 故对粒子a有 Bqv Eq 即只要满足E Bv无论粒子带正电还是负电 粒子都可以沿直线穿出复合场区 当撤去磁场只保留电场时 粒子b由于电性不确定 故无法判断从O 点的上方或下方穿出 故AB错误 粒子b在穿过电场区的过程中必然受到电场力的作用而做类平抛的运动 电场力做正功 其电势能减小 动能增大 故C项正确D项错误 2 带电粒子在复合场中的匀速圆周运动 2010巢湖二检 美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器 应用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点 能使粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量 使人类在获得较高能量带电粒子方面前进了一步 图8 4 6为一种改进后的回旋加速器示意图 其中盒缝间的加速电场场强大小恒定 且被限制在A C板间 带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场 经加速后再进入D型盒中的匀强磁场做匀速圆周运动 对于这种改进后的回旋加速器 下列说法正确的是 A 带电粒子每运动一周被加速两次B 带电粒子每运动一周P1P2 P2P3C 加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关D 加速电场方向需要做周期性的变化 图8 4 6 如图8 4 7所示 在真空中同时存在着相互正交的匀强电场和匀强磁场 且电场方向竖直向下 有甲 乙两个带电微粒 甲带负电 电量为q1 恰好静止于A点 乙也带负电 电荷量为q2 正在过A点的竖直平面内做半径为r的匀速圆周运动 运动中乙与甲发生碰撞并粘在一起 试分析它们以后的运动 图8 4 7 由已知条件可知甲 乙所受重力与电场力平衡 故碰撞后两微粒一起做匀速圆周运动 由q2vB mv2 r得碰撞过程中动量守恒 则 3 带电粒子在复合场中的一般曲线运动如图8 4 7空间存在着垂直纸面向外的水平的匀强磁场和竖直向上的匀强电场 磁感应强度为B 电场强度为E 在这个场区内 有一带正电的液滴a在电场力和重力作用下处于静止状态 现从场中某点由静止释放一个带负电的液滴b 图中未画出 当它的运动方向变为水平方向时恰与a相撞 图8 4 7 撞后两液滴合为一体 并沿水平方向做匀速直线运动 已知液滴b的质量是a质量的2倍 b所带的电荷量的大小是a所带电量大小的4倍 设相撞前ab之间的静电力可不计 1 求两液滴相撞后共同运动的速度大小 2 画出液滴b在相撞前运动的轨迹示意图 3 求液滴b开始下落时距液滴a的高度h 设a b的质量分别为m 2m 带电量分别为q 4q 两液滴相撞后 共同速度为v1 则有 3mg 3qE 3qBv1液滴a开始静止 有 mg qE对液滴b受重力和电场力作用加速下滑时 由动能定理得 两液滴相撞时动量守恒2mv2 3mv1联立以上方程解得 轨迹如图所示 如图8 4 9 与水平面成37 倾斜轨道AB 其延长线在C点与半圆轨道CD 轨道半径R 1m 相切 全部轨道为绝缘材料制成且放在竖直面内 整个空间存在水平向左的匀强电场 MN的右侧存在垂直纸面向里的匀强磁场 图8 4 9 一个质量为0 4kg的带电小球沿斜面下滑 至B点时速度为接着沿直线BC 此处无轨道 运动到达C处进入半圆轨道 进入时无动能损失 且刚好到达D点 从D点飞出时磁场消失 不计空气阻力 g 10m s2 cos37 0 8 求 1 小球带何种电荷 2 小球离开D点后的运动轨迹与直线AC的交点距C点的距离 3 小球在半圆轨道部分克服摩擦力所做的功 1 正电荷 2 依题意可知小球在BC间做匀速直线运动 在C点的速度为 在BC段其受力如图所示 设重力和电场力合力为F F qvCB又F mg cos37 5N解得 在D处由牛顿第二定律可得 将代入上式并化简得 8vD2 7vD 100 0解得 舍去 小球离开D点后做类平抛运动 其加速度为 a F m由得 x vDt 2 26m 3 CD段克服摩擦力做功Wf由动能定理可得 解得 Wf 27 6J 4 带电粒子在电磁场中的组合运动 2010安徽 如图8 4 10所示 宽度为d的竖直狭长区域内 边界为L1 L2 存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场 如图所示 电场强度的大小为E0 E 0表示电场方向竖直向上 t 0时 一带正电 质量为m的微粒从左边界上的N1点以水平速度v射入该区域 沿直线运动到Q点后 做一次完整的圆周运动 再沿直线运动到右边界上的N2点 Q为线段N1N2的中点 重力加速度为g 上述d E0 m v g为已知量 1 求微粒所带电荷量q和磁感应强度B的大小 2 求电场变化的周期T 3 改变宽度d 使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域 求T的最小值 图8 4 10 点评 考查的主要是带电粒子在复合场中的运动 还涉及电场的周期性变化等 是一道综合性问题 能很好地考查学生对基础知识的掌握情况 想得满分不容易 有一定的区分度 带电粒子在复合场中运动是高考的热点和重点 近几年始终围绕带电粒子在复合场中运动和实际应用问题考查 如质谱仪和回旋加速器等 尤其复合场中的问题更是每年必考 占分较大 如图8 4 10所示 电容器两极板相距为d 两板间电压为U 极板间的匀强磁场的磁感应强度为B1 一束电荷量相同的带正电的粒子从图示方向射入电容器 沿直线穿过电容器后进入另一磁感应强度为B2的匀强磁场 结果分别打在a b两点 两点间距离为 R 设粒子所带电荷量为q 且不计粒子所受重力 求 打在a b两点的粒子的质量之差 m是多少 图8 4 10 解析 由于粒子沿直线运动 所以qE B1qv E U d 联立 得v U dB1 以速度v进入B2的粒子做匀速圆周运动 由半径公式有R1 所以DR 2R2 2R1 解得 Dm 易错题 如图8 4 12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 求原来电场强度的大小 图8 4 12 错解 碰撞前 粒子做匀速运动 Eq mg Bqv 返回时无电场力作用仍做匀速运动 水平方向无外力 竖直方向N Bqv mg