20100419102021181.ppt

课题 带电粒子在复合场中运动要求 本质 动力学问题 备课导航带电粒子在复合场中运动是中学物理的重点内容 它对同学们的空间想象能力 分析综合能力和应用数学知识处理物理问题的能力有较高要求 是考查同学们综合能力的极好载体 与现代科技密切相关 在近代物理实验中有重大意义 因此历来是高考的热点 当定性讨论这类问题时 试题常以选择题形式出现 若涉及定量计算 还常常成为试卷压轴题 励志名言 华山再高顶有过路 Nomatterhowhighthemountainis onecanalwaysascendtoitstop 山 千里相逢 一日一里 打一物理概念 重量俺大人不在之处 打一物理概念 电场景德镇作坊 打一物理概念 磁场 三个谜语 三种场力特点 重力做功与路径无关 只决定于始末位置高度差h WG mgh 重力 由于地球吸引而使物体受到的力 施力物体是地球 重力是万有引力的一个分力 G mg 总是竖直向下 重力的作用点 其位置既与物体的形状有关 也与物体质量分布有关 不一定在物体上 动力 阻力 向心力 回复力等 电场力 电场对场中带电粒子的一种基本属性 F Eq 与电场强度E及带电粒子所带电荷性质有关 动力 阻力 向心力 回复力等 W Uq 电场力做功跟路径无关 其数值除与带电粒子的电荷量有关外 还与始末位置的电势差有关 洛伦兹力 向心力 不做功 Electricity 电 andmagnetism 磁 liveintheearth wearefamily Doyouknowthemeaningoffamily FatherandmotherIloveyou Forceandmovementislastingyabber 力与运动是永恒的话题 大家是否发现翻译中出现的问题 我对family的理解 三种运动类型 一 同一空间区域先后加场的问题先后加场主要指在同一空间区域先后加上电场和磁场的情况 一般某一空间区域出现电场时 不计重力和空气阻力的粒子做类平抛运动 可运用运动的合成与分解求解 在该空间区域出现磁场时 粒子做匀速圆周运动 利用牛顿第二定律列出洛伦兹力提供向心力方程求解 2007山东理综 飞行时间质谱仪可以对气体分子进行分析 如图所示 在真空状态下 脉冲阀P喷出微量气体 经激光照射产生不同价位的正离子 自a板小孔进入a b间的加速电场 从b板小孔射出 沿中线方向进入M N板间的偏转控制区 到达探测器 已知元电荷电量为e a b板间距为d 极板M N的长度和间距均为L 不计离子重力及进入a板时的初速度 当a b间的电压为U1时 在M N间加上适当的电压U2 使离子到达探测器 请导出离子的全部飞行时间与比荷K K ne m 的关系式 去掉偏转电压U2 在M N间区域加上垂直于纸面的匀强磁场 磁感应强度B 若进入a b间所有离子质量均为m 要使所有的离子均能通过控制区从右侧飞出 a b间的加速电压U1至少为多少 如图甲所示 在空间存在一个变化的电场和一个变化的磁场 电场的方向水平向右 图中由B到C 场强大小随时间变化如图乙所示 磁感强度方向垂直于纸面 大小随时间如图丙所示 从t 1s末开始 从A点沿AB方向 垂直于BC 以初速度v0射出第一个粒子 并在此后 每隔2s有一个同种的粒子以沿AB方向的初速度射击 恰好能击中C点 若AB BC l 且粒子在AC间的运动时间小于1s 不计重力和空气阻力 对于各粒子由A运动到C的过程中 以下说法正确的是 A 电场强度E0和磁感应强度B0的大小之比为3v0 1B 第一个粒子和第二个粒子运动的加速度大小之比为1 2C 第一个粒子和第二个粒子运动的时间之比为2 D 第一个粒子和第二个粒子通过C的动能之比为1 4 B 二 带电粒子在组合场中运动的问题组合场是指电场与磁场同时存在 但各位于一定的区域内且并不重叠的情况 带点粒子在一个场中只受一个场力的作用 解决这类问题要注意 1 正确地画出粒子的运动轨迹图2 确定好粒子在组合场交界位置的速度的大小和方向 2009天津卷 如图所示 直角坐标系xOy位于竖直平面内 在水平的x轴下方存在匀强磁场和匀强电场 磁场的磁感应为B 方向垂直xOy平面向里 电场线平行于y轴 一质量为m 电荷量为q的带正电的小球 从y轴上的A点水平向右抛出 经x轴上的M点进入电场和磁场 恰能做匀速圆周运动 从x轴上的N点第一次离开电场和磁场 MN之间的距离为L 小球过M点时的速度方向与x轴的方向夹角为 不计空气阻力 重力加速度为g 求 1 电场强度E的大小和方向 2 小球从A点抛出时初速度v0的大小 3 A点到x轴的高度h 2009年山东卷 如图甲所示 建立Oxy坐标系 两平行极板P Q垂直于y轴且关于x轴对称 极板长度和板间距均为l 第一四象限有磁场 方向垂直于Oxy平面向里 位于极板左侧的粒子源沿x轴间右连接发射质量为m 电量为 q 速度相同 重力不计的带电粒子在0 3t时间内两板间加上如图乙所示的电压 不考虑极边缘的影响 已知t 0时刻进入两板间的带电粒子 恰好在t0时刻经极板边缘射入磁场 上述m q l l0 B为已知量 不考虑粒子间相互影响及返回板间的情况 1 求电压U0的大小 2 求t0 2时进入两板间的带电粒子在磁场中做圆周运动的半径 3 何时进入两板间的带电粒子在磁场中的运动时间最短 求此最短时间 图乙 2009年重庆理综卷 如题25图 离子源A产生的初速为零 带电量均为e 质量不同的正离子被电压为U0的加速电场加速后匀速通过准直管 垂直射入匀强偏转电场 偏转后通过极板HM上的小孔S离开电场 经过一段匀速直线运动 垂直于边界MN进入磁感应强度为B的匀强磁场 已知HO d HS 2d 90 忽略粒子所受重力 2009年江苏 1932年 劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器 回旋加速器的工作原理如图所示 置于高真空中的D形金属盒半径为R 两盒间的狭缝很小 带电粒子穿过的时间可以忽略不计 磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直 A处粒子源产生的粒子 质量为m 电荷量为 q 在加速器中被加速 加速电压为U 加速过程中不考虑相对论效应和重力作用 1 求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比 2 求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t 3 实际使用中 磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制 若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为Bm fm 试讨论粒子能获得的最大动能E 2009年全国II卷 如图 在宽度分别为l1和l2的两个毗邻的条形区域分别有匀强磁场和匀强电场 磁场方向垂直于纸面向里 电场方向与电 磁场分界线平行向右 一带正电荷的粒子以速率v从磁场区域上边界的P点斜射入磁场 然后以垂直于电 磁场分界线的方向进入电场 最后从电场边界上的Q点射出 已知PQ垂直于电场方向 粒子轨迹与电 磁场分界线的交点到PQ的距离为d 不计重力 求电场强度与磁感应强度大小之比及粒子在磁场与电场中运动时间之比 三 带电粒子在复合场中运动的问题首先要弄清是一个怎样的复合场 判断复合场是磁场 电场 重力场中哪几个场的复合 其次 要正确地对带电粒子受力分析和运动过程分析 最后 选择合适的动力学方程求解 带电粒子在复合场中运动问题是电磁学知识和力学知识的结合 分析方法和力学问题的分析方法基本相同 不同之处是多了电场力 洛伦兹力 因此 带电粒子中的运动问题除了利用动力学观点 能量观点分析外 还要注意电场力与洛伦兹力做功的特点 舞动 带电粒子在复合场中运动 匀速圆周运动 一般曲线运动 无重力 E VB有重力 mg qE qvB三力平衡 mg EqqvB mv2 R 遵循能量守恒定律可从功能关系或运动合成分解知识考虑 变加速直线运动 此类问题一般是带电体在粗糙平面或穿在粗糙杆上运动 类平抛运动 受到三个场力 三力平衡后撤去匀强磁场 如图所示 粗糙的足够长的竖直木杆上套有一个带电的小球 整个装置处在由水平匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场组成的足够大的复合场中 小球由静止开始下滑 在整个运动过程中小球的v t图象如图所示 其中正确的是 C 如图所示 实线表示在竖直平面内的电场线 电场线与水平方向成 角 水平方向的匀强磁场与电场正交 有一带电液滴沿斜向上的虚线I做直线运动 I与水平方向成 角 且 则下列说法中错误的是 A 液滴一定做匀速直线运动B 液滴一定带正电C 电场线方向一定斜向上D 液滴有可能做匀变速直线运动 D 如图所示 水平地面上有一辆固定有竖直光滑绝缘管的小车 管的底部有一质量m 0 2g 电荷量q 8 10 5C的小球 小球的直径比管的内径略小 在管口所在水平面MN的下方存在着垂直纸面向里 磁感应强度B1 15T的匀强磁场 MN面的上方还存在着竖直向上 场强E 25V m的匀强电场和垂直纸面向外 磁感应强度B2 5T的匀强磁场 现让小车始终保持v 2m s的速度匀速向右运动 以带电小球刚经过场的边界PQ为计时的起点 测得小球对管侧壁的弹力FN随高度h变化的关系如图所示 g取10m s2 不计空气阻力 求 小球刚进入磁场B1时加速度a的大小 绝缘管的长度L 小球离开管后再次经过水平面MN时距管口的距离 x 2009浙江卷 如图所示 x轴正方向水平向右 y轴正方向竖直向上 在xOy平面内有与y轴平行的匀强电场 在半径为R的圆内还有与xOy平面垂直的匀强磁场 在圆的左边放置一带电微粒发射装置 它沿x轴正方向发射出一束具有相同质量m 电荷量q q 0 和初速度v的带电微粒 发射时 这束带电微粒分布在0 y 2R的区间内 已知重力加速度大小为g 1 从A点射出的带电微粒平行于x轴从C点进入有磁场区域 并从坐标原点O沿y轴负方向离开 求点场强度和磁感应强度的大小和方向 2 请指出这束带电微粒与x轴相交的区域 并说明理由 3 若这束带电微粒初速度变为2v 那么它们与x轴相交的区域又在哪里 并说明理由 2009四川卷 如图所示 直线形挡板p1p2p3与半径为r的圆弧形挡板p3p4p5平滑连接并安装在水平台面b1b2b3b4上 挡板与台面均固定不动 线圈c1c2c3的匝数为n 其端点c1 c3通过导线分别与电阻R1和平行板电容器相连 电容器两极板间的距离为d 电阻R1的阻值是线圈c1c2c3阻值的2倍 其余电阻不计 线圈c1c2c3内有一面积为S 方向垂直于线圈平面向上的匀强磁场 磁场的磁感应强度B随时间均匀增大 质量为m的小滑块带正电 电荷量始终保持为q 在水平台面上以初速度v0从p1位置出发 沿挡板运动并通过p5位置 若电容器两板间的电场为匀强电场 p1 p2在电场外 间距为l 其间小滑块与台面的动摩擦因数为 其余部分的摩擦不计 重力加速度为g 求 1 小滑块通过p2位置时的速度大小 2 电容器两极板间电场强度的取值范围 3 经过时间t 磁感应强度变化量的取值范围 如图所示 轻弹簧一端连于固定点O 可在竖直平面内自由转动 另一端连接一带电小球P 其质量m 2 10 2kg 电荷量q 0 2C 将弹簧拉至水平后 以初速度v0 20m s竖直向下射出小球P 小球P到达O点的正下方O1点时速度恰好水平 其大小v 15m s 若O O1相距R 1 5m 小球P在O1点与另一由细绳悬挂的 不带电的 质量M 1 6 10 1kg的静止绝缘小球N相碰 碰后瞬间 小球P脱离弹簧 小球N脱离细绳 同时在空间加上竖直向上的匀强电场E和垂直于纸面的磁感应强度B 1T的弱强磁场 此后 小球P在竖直平面内做半径r 0 5m的圆周运动 小球P N均可视为质点 小球P的电荷量保持不变 不计空气阻力 取g