高考物理一轮复习 第1部分 专题3 第2讲 带电粒子在电场、磁场中的运动课件.ppt

第2讲 带电粒子在电场 磁场中的运动 1 2010年广东卷 如图3 2 1甲所示 左为某同学设想的粒子速度选择装置 由水平转轴及两个薄盘n1 n2构成 两盘面平行且与转轴垂直 相距为l 盘上各开一狭缝 两狭缝夹角 可调 如图乙 右为水平放置的长为d的感光板 板的正上方有一匀强磁场 方向垂直纸面向外 磁感应强度为b 一小束速度不同 带正电的粒子沿水平方向射入n1 能通过n2的粒子经o点垂直进入磁场 o到感光板的 图3 2 1 1 若两狭缝平行且盘静止 如图丙 某一粒子进入磁场后 竖直向下打在感光板中心点m上 求该粒子在磁场中运动的时间t 2 若两狭缝夹角为 0 盘匀速转动 转动方向如图乙 要使穿过n1 n2的粒子均打到感光板p1p2连线上 试分析盘转动角速度 的取值范围 设通过n1的所有粒子在盘旋转一圈的时间内都能到达n2 图14 图3 2 2 1 速度的大小 2 速度方向与y轴正方向夹角的正弦 图15 图3 2 3 1 粒子在磁场中做圆周运动的半径r及粒子的比荷q m 2 此时刻仍在磁场中的粒子的初速度方向与y轴正方向夹角的取值范围 3 从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间 对于所有此时仍在磁场中的粒子 其初速度与y轴正方向所成的夹角 应满足 广东省高考题中 2009年考了带电体在电场中的运动 与功能关系结合 2010年考了带电粒子在磁场中的运动 2011年考了带电粒子在复合场中的运动 所以2012年高考出题方向极容易再考查带电粒子只在电场中或者只在磁场中的运动 此讲是高考的热点 一般出现在最后一个计算题中作为压轴题 一般结合匀变速运动 圆周运动 功能关系 出现综合度较高的计算题 而且还考查运用数学知识解决物理问题的能力 带电粒子在周期性变化的电场中运动 例1 如图3 2 4甲所示 真空中相距d 5cm的两块平行金属板a b与电源连接 图中未画出 其中b板接地 电势为零 a板电势变化的规律如图乙所示 图3 2 4 带电粒子在周期性变化的电场中运动 一般是匀变速运动 如果是直线运动 则是加速运动和减速运动的交替 要注意板的宽度与带电粒子在加速和减速交替运动的距离关系 这种题一般适合用运动学公式来求解 要搞清楚在题目规定的条件下带电粒子在各个阶段的位移和末速度 1 双选 如图3 2 5甲所示 a板的电势ua 0 b板的电势ub随时间的变化规律如图乙所示 则 图3 2 5 a 若电子是在t 0时刻从a板小孔进入的 它将在ab 板间做往返运动 b 若电子是在t t 8时刻进入的 它可能时而向b板 运动 时而向a板运动 最后打在b板上 c 若电子是在t 3t 8时刻进入的 它可能时而向b板 运动 时而向a板运动 最后打在b板上 d 若电子是在t t 4时刻进入的 它可能时而向b板 时而向a板运动 答案 bd 带电粒子在电场中的碰撞和能量守恒 例2 2010年安徽卷 如图3 2 6所示 abd为竖直平面内的光滑绝缘轨道 其中ab段是水平的 bd段为半径r 0 2m的半圆 两段轨道相切于b点 整个轨道处在竖直向下的匀强电场中 场强大小e 5 0 103v m 一不带电的绝缘小球甲 以速度v0沿水平轨道向右运动 与静止在b点带正电的小球乙发生弹性碰撞 已知甲 乙两球的质量均为m 1 0 102 0 10 2 5 kg 乙所带电荷量q c g取10m s2 水平轨 道足够长 甲 乙两球可视为质点 整个运动过程无电荷转移 图3 2 6 1 甲乙两球碰撞后 乙恰能通过轨道的最高点d 求乙 在轨道上的首次落点到b点的距离 2 在满足 1 的条件下 求甲的速度v0 3 若甲仍以速度v0向右运动 增大甲的质量 保持乙的质量不变 求乙在轨道上的首次落点到b点的距离范围 答题规范 解 1 在乙恰好能通过轨道的最高点的情况下 设乙到达最高点的速度为vd 乙离开d点达到水平轨道的时间为t 乙的落点到b点的距离为x 则 2 如图3 2 7所示 相距为d的平行金属板a b竖直放置 在两板之间水平放置一绝缘平板 有一质量为m 电荷量为q q 0 的小物块在与金属板a相距l处静止 若某一时刻在金 图3 2 7 1 小物块与金属板a碰撞前瞬间的速度大小是多少 2 小物块碰撞后经过多长时间停止运动 停在何位置 带电粒子在多个电场中的加速和偏转问题 例3 如图3 2 8所示 水平放置的两平行金属板 板长l0 10cm 两极板间距d 2cm 一束电子以v0 4 107m s的初速度从两板中央水平射入板间 然后从板间飞出射到距离板l 45cm 宽d 20cm的荧光屏上 不计重力 荧光屏中点在两板间的中央线上 电子质量为0 91 10 30kg 电荷量e 1 6 10 19c 求 图3 2 8 1 若电子飞入两板前 是从静止开始经历了加速电场的 加速 则该电场的电压为多大 2 为了使带电粒子能射中荧光屏所有的位置 两板间所 加的电压应取什么范围 一般带电粒子在电场中的加速直线运动可用动能定理来求加速电压 加速后的速度等相关物理量 粒子在电场中的偏转是类平抛运动 可以用平抛运动的分解运动的方法来解 最后从偏转电场出去打在屏幕上的运动是匀速直线运动 在分析时可以把最后的匀速运动分解到两个方向来解决问题 类似小船过河的问题 3 如图3 2 9所示是示波管的原理示意图 从灯丝发射出来的电子经电压为u1的电场加速后 通过加速极板a上的小孔o1射出 沿中心线o1o2进入mn间的偏转电场 o1o2与偏转电场方向垂直 偏转电场的电压为u2 经过偏转电场的右端p1点离开偏转电场 然后打在垂直o1o2放置的荧光屏上的p2点 已知平行金属极板mn间的距离为d 极板长度为l 极板的右端与荧光屏之间的距离为l 不计电子之间的相互作用力及其所受的重力 且电子离开灯丝的初速度可忽略不计 电子的质量为m 电量为e 求 图3 2 9 1 电子通过小孔o1时的速度大小v0 2 电子通过p1点时偏离中心线o1o2的距离y 3 若o1o2的延长线交于荧光屏上o3点 而p2点到o3点的距离称为偏转距离y 单位偏转电压引起的偏转距离 即y u2称为示波管的灵敏度 求该示波管的灵敏度 图18 带电粒子在多个磁场中的偏转 例4 2011年新课标卷 如图3 2 10所示 在区域 0 x d 和区域 d x 2d 内分别存在匀强磁场 磁感应强度大小分别为b和2b 方向相反 且都垂直于xoy平面 一质量为m 带电荷量q q 0 的粒子a于某时刻从y轴上的p点射入区域 其速度方向沿x轴正向 已知a在离开区域 时 速度方向与x轴正方向的夹角为30 此时 另一质量和电荷量均与a相同的粒子b也从p点沿x轴正向射入区域 其速度大小是a的1 3 不计重力和两粒子之间的相互作用 力 求 图3 2 10 1 粒子a射入区域 时速度的大小 2 当a离开区域 时 a b两粒子的y坐标之差 带电粒子在多个磁场中的运动一般会牵涉到半径的改变问题 这类问题中要考查学生运用数学知识解决物理问题的能力 主要是几何中有关圆的知识和三角函数的运算 有时还用到对称性来解决问题 4 两平面荧光屏互相垂直放置 在两屏内分别取垂直于两屏交线的直线为x轴和y轴 交点o为原点 如图3 2 11所示 在y 0 00 x a的区域有垂直于纸面向外的匀强磁场 两区域内的磁感应强度大小均为b 在o点处有一小孔 一束质量为m 带电量为q q 0 的粒子沿x轴经小孔射入磁场 最后打在竖直和水平荧光屏上 使荧光屏发亮 入射粒子的速度可取从零到某一最大值之间的各种数值 已知速度最大 的粒子在0a的区域中运动的时间之比为2 5 在磁