高考物理大二輪總復(fù)習(xí) 增分策略 專題五 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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專題五電場(chǎng)與磁場(chǎng) 高考題型1帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 高考題型2帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分析 高考題型3帶電粒子在周期性變化的電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分析 欄目索引 第2講帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 高考題型1帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 解題方略 帶電粒子在疊加場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的處理方法1 弄清疊加場(chǎng)的組成特點(diǎn) 2 正確分析帶電粒子的受力及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 3 畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡 靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 1 若只有兩個(gè)場(chǎng)且正交 合力為零 則表現(xiàn)為勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止 例如電場(chǎng)與磁場(chǎng)中滿足qE qvB 重力場(chǎng)與磁場(chǎng)中滿足mg qvB 重力場(chǎng)與電場(chǎng)中滿足mg qE 2 若三場(chǎng)共存時(shí) 合力為零 粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng) 其中洛倫茲力F qvB的方向與速度v垂直 3 若三場(chǎng)共存時(shí) 粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 則有mg qE 粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 即qvB 4 當(dāng)帶電粒子做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)或有約束的變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí) 一般用動(dòng)能定理或能量守恒定律求解 圖1 1 帶電粒子在xOy平面內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度v0大小和方向 解析如圖粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng) 設(shè)速度v0與x軸夾角為 依題意得 重力mg 2 0 10 6N 由F洛 qv0B得v0 2m s 速度v0大小為2m s 方向斜向上與x軸夾角為60 答案2m s方向斜向上與x軸夾角為60 2 帶電粒子在xOy平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向 解析帶電粒子在xOy平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí) 電場(chǎng)力F電必須與重力平衡 洛倫茲力提供向心力 答案1N C方向豎直向上 3 若勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)恰好未離開第 象限 x軸上入射P點(diǎn)應(yīng)滿足何條件 解析如圖帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)恰好未離開第 象限 圓弧左邊與y軸相切N點(diǎn) PQ勻速直線運(yùn)動(dòng) PQ v0t 0 2m 整理并代入數(shù)據(jù)得R 0 2m由幾何知識(shí)得 OP R Rsin60 PQcos60 0 27m 故 x軸上入射P點(diǎn)離O點(diǎn)距離至少為0 27m 答案0 27m 預(yù)測(cè)1如圖2所示 在直角坐標(biāo)系xOy的第二象限存在沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E1 在y軸的左側(cè)存在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 現(xiàn)有一質(zhì)量為m 帶電荷量為 q的帶電粒子從第二象限的A點(diǎn) 3L L 以初速度v0沿x軸正方向射入后剛好做勻速直線運(yùn)動(dòng) 不計(jì)帶電粒子的重力 圖2 1 求勻強(qiáng)磁場(chǎng)的大小和方向 解析帶電粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng) 其所受合力為零 帶電粒子受到的電場(chǎng)力沿y軸負(fù)方向 所以帶電粒子受到的洛倫茲力方向沿y軸正方向 根據(jù)左手定則判定磁場(chǎng)方向垂直紙面向外根據(jù)帶電粒子受到的洛倫茲力等于電場(chǎng)力 即 qv0B qE1 2 撤去第二象限的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 同時(shí)調(diào)節(jié)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E2 使帶電粒子剛好從B點(diǎn) L 0 進(jìn)入第三象限 求電場(chǎng)強(qiáng)度E2的大小 解析撤去磁場(chǎng)后 帶電粒子僅受電場(chǎng)力作用做類平拋運(yùn)動(dòng) 根據(jù)牛頓第二定律 qE2 ma x軸方向 2L v0t 3 帶電粒子從B點(diǎn)穿出后 從y軸上的C點(diǎn)進(jìn)入第四象限 若E1 2E2 求C點(diǎn)離坐標(biāo)原點(diǎn)O的距離 解析帶電粒子穿過B點(diǎn)時(shí)豎直速度 v1 at 由 解得 v1 v0 45 帶電粒子在第三象限做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 洛倫茲力提供向心力 高考題型2帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分析 解題方略 2 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中常見的運(yùn)動(dòng)類型 1 勻速直線運(yùn)動(dòng) 當(dāng)v B時(shí) 帶電粒子以速度v做勻速直線運(yùn)動(dòng) 2 勻速圓周運(yùn)動(dòng) 當(dāng)v B時(shí) 帶電粒子在垂直于磁感線的平面內(nèi)以入射速度做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 3 設(shè)帶電粒子在組合場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上也是運(yùn)動(dòng)過程的組合 解決方法如下 1 分別研究帶電粒子在不同場(chǎng)區(qū)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中 若速度方向與電場(chǎng)方向平行 則做勻變速直線運(yùn)動(dòng) 若速度方向與電場(chǎng)方向垂直 則做類平拋運(yùn)動(dòng) 2 帶電粒子經(jīng)過磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)利用圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律結(jié)合幾何關(guān)系處理 3 當(dāng)粒子從一個(gè)場(chǎng)進(jìn)入另一個(gè)場(chǎng)時(shí) 分析轉(zhuǎn)折點(diǎn)處粒子速度的大小和方向往往是解題的突破口 例2如圖3所示 在第一象限有向下的勻強(qiáng)電場(chǎng) 在第四象限有垂直紙面向里的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng) 在y軸上坐標(biāo)為 0 b 的M點(diǎn) 一質(zhì)量為m 電荷量為q的正點(diǎn)電荷 不計(jì)重力 以垂直于y軸的初速度v0水平向右進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng) 恰好從x軸上坐標(biāo)為 2b 0 的N點(diǎn)進(jìn)入有界磁場(chǎng) 磁場(chǎng)位于y 0 8b和x 4b和橫軸x 縱軸y所包圍的矩形區(qū)域內(nèi) 最終粒子從磁場(chǎng)右邊界離開 求 圖3 1 勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小E 解析粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng) 2 磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最大值 解析根據(jù)動(dòng)能定理 設(shè)粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小為v 所以 45 磁場(chǎng)越強(qiáng) 粒子運(yùn)動(dòng)的半徑越小 從右邊界射出的最小半徑即從磁場(chǎng)右上角 4b 0 處射出 由幾何關(guān)系得 3 磁感應(yīng)強(qiáng)度B最小值時(shí) 粒子能否從 4b 0 8b 處射出 畫圖說明 解析不能 如圖 預(yù)測(cè)2如圖4所示 有三個(gè)寬度均相等的區(qū)域 區(qū)域 和 內(nèi)分別有方向垂直于紙面向外和向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 虛線為磁場(chǎng)邊界 區(qū)域 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 某種帶正電的粒子 從孔O1以大小不同的速度沿圖示與aa 夾角 30 的方向進(jìn)入磁場(chǎng) 不計(jì)重力 已知速度為v0和2v0時(shí) 粒子在區(qū)域 內(nèi)運(yùn)動(dòng)都不從邊界bb 射出 且運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同 均為t0 圖4 解析由題意可得速度為v0和2v0的粒子均由區(qū)域 左側(cè)aa 射入磁場(chǎng) 對(duì)速度為2v0的粒子在區(qū)域 運(yùn)動(dòng) x vt2x 4nx d n 0 1 2 3 所以 B 2B 變化的電場(chǎng)或磁場(chǎng)往往具有周期性 粒子的運(yùn)動(dòng)也往往具有周期性 這種情況下要仔細(xì)分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)過程 受力情況 弄清楚帶電粒子在變化的電場(chǎng) 磁場(chǎng)中各處于什么狀態(tài) 做什么運(yùn)動(dòng) 畫出一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)徑跡的草圖 高考題型3帶電粒子在周期性變化的電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分析 解題方略 圖5 圖6 1 求此粒子從A點(diǎn)射出時(shí)的速度v0 解析設(shè)粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R1 由洛倫茲力提供向心力得 2 求電場(chǎng)強(qiáng)度E0的大小和方向 解析設(shè)粒子在第一象限磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期為T1 可得 可得 T1 4t0 T2 2t0 綜上可以判斷3t0 4t0粒子在第四象限的磁場(chǎng)中剛好運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期 半徑為 2t0 3t0 粒子做勻減速直線運(yùn)動(dòng) qE0 ma v2 v0 at0 3 粒子在t 9t0時(shí)到達(dá)M點(diǎn) 求M點(diǎn)坐標(biāo) 解析由題意知 粒子在8t0時(shí)剛在第四象限做完半個(gè)圓周運(yùn)動(dòng) 答案 12L 2L 預(yù)測(cè)3如圖7甲所示 在邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形abcd區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的左側(cè)有一電子槍 電子槍的陰極在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的電子數(shù)相同 電子槍的兩極間加如圖乙所示的加速電壓 電子從電子槍射出后沿bc方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域 已知電子的荷質(zhì)比 比荷 為 電子運(yùn)動(dòng)中不受任何阻力 電子在電子槍中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間忽略不計(jì) 求 圖7 1 進(jìn)入磁場(chǎng)的電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間t1與最短時(shí)間t2的比值 解析設(shè)粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的最大速度為vm 此時(shí)對(duì)應(yīng)的圓心角最小 根據(jù)幾何關(guān)系得 答案6 1 2 若在0 T0時(shí)間內(nèi)射入磁場(chǎng)的電子數(shù)為N0 則這些電子中有多少個(gè)電子從dc邊射出磁場(chǎng) 解析粒子從d點(diǎn)射出時(shí) 軌道半徑為r L 電子從dc邊射出磁場(chǎng)