2020届新考案高考物理总复习教师用书:第十二单元 磁场 第3讲 Word版含解析.pdf
《2020届新考案高考物理总复习教师用书:第十二单元 磁场 第3讲 Word版含解析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2020届新考案高考物理总复习教师用书:第十二单元 磁场 第3讲 Word版含解析.pdf(20页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第 3 讲 带电粒子在组合场和复合场中的运动 题型一 带电粒子在组合场中的运动问题 “磁偏转”和“电偏转”的比较 电偏转磁偏转 偏转条件 带电粒子以vE进入匀强 电场(不计重力) 带电粒子以vB进入匀强磁场(不计重力) 受力情况只受恒定的电场力F=Eq只受大小恒定的洛伦兹力F=qvB 运动情况类平抛运动匀速圆周运动 运动轨迹 抛物线圆弧 求解方法 利用类平抛运动的规律 x=v0t,y= at2,a=,tan = 1 2 qE m at v0 牛顿第二定律、向心力公式r=,T=,t= mv qB 2m qB T 2 【例1】 在如图甲所示的平面直角坐标系xOy中,第象限内有平行于y轴的匀强电场,
2、方向沿y轴正方向;在第象限的正三角形abc 区域内有匀强磁场,方向垂直于xOy平面向里,正三角形边长为L,且ab边与y轴平行。一质量为m、电荷量为q的粒子,从y轴上 的P(0,h)点,以大小为v0的速度沿x轴正方向射入电场,通过电场后从x轴上的a(2h,0)点进入第象限,又经过磁场从y轴上的 某点进入第象限,且速度与y轴负方向成 45角,不计粒子所受的重力。求: 甲 (1)电场强度E的大小。 (2)粒子到达a点时速度的大小和方向。 (3)abc区域内磁场的磁感应强度B的最小值。 【解析】(1)设粒子在电场中运动的时间为t,则有 x=v0t=2h,y= at2=h,qE=ma 1 2 联立可得E
3、=。 02 2 (2)粒子到达a点时沿y轴负方向的分速度vy=at=v0 所以v=v0 02+ 22 方向指向第象限与x轴正方向成 45角。 乙 (3)粒子在磁场中运动时,有 qvB=m 2 当粒子从b点射出时,磁场的磁感应强度为最小值,此时有r=L,所以B=。 2 2 20 【答案】(1) (2)v0 方向指向第象限与x轴正方向成 45角 (3) 02 2 2 20 组合场是指磁场与电场同时存在,但各位于一定的区域内且并不重叠的情况,或者在同一区域内交替存在,总之,带电粒子每时只 受到一个场力的作用。 (1)带电粒子在组合场中的运动规律 带电粒子在匀强电场中,若初速度与电场线平行,则该粒子做
4、匀变速直线运动;若初速度与电场线垂直,则该粒子做类平抛运 动。 带电粒子在匀强磁场中,若速度与磁感线平行,则该粒子做匀速直线运动;若速度与磁感线垂直,则该粒子做匀速圆周运动。 (2)带电粒子在组合场中运动的处理方法 【变式训练 1】(2018 安徽淮南第二次调研)如图甲所示,在x轴上方存在匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里。在x 轴下方存在匀强电场,方向竖直向上。一个质量为m、电荷量为q、重力不计的带正电粒子从y轴上的a(h,0)点沿y轴正方向以某 初速度开始运动,一段时间后,粒子与x轴正方向成 45进入电场,经过y轴的b点时速度方向恰好与y轴垂直。求: (1)粒子在磁场中运动的轨道半
5、径r和速度大小v1。 甲 (2)匀强电场的电场强度大小E。 (3)粒子从开始到第三次经过x轴的时间t总。 【解析】(1)根据题意,大致画出粒子在复合场中的运动轨迹,如图乙所示 由几何关系得rcos 45=h 解得r=h 2 由牛顿第二定律得 qBv1=m 12 解得v1=。 2qBh 乙 (2)设粒子第一次经过x轴的位置为x1,到达b点时的速度大小为vb,根据类平抛运动规律,有 vb=v1cos 45 解得vb= 设粒子进入电场后经过时间t运动到b点,b点的纵坐标为-yb,由类平抛运动规律得r+rsin 45=vbt yb=(v1sin 45+0)t=h 1 2 2+ 1 2 由动能定理得-q
6、Eyb= m- m 1 2 2 1 2 12 解得E=。 (2- 1)qh2 (3)粒子在磁场中运动的周期T= 2 1 2 第一次经过x轴的时间t1= T= 5 8 5 4 在电场中运动的时间t2=2t= 2(2+ 1)m 从第二次经过x轴到第三次经过x轴的时间 t3= T= 3 4 3 2 则总时间t总=t1+t2+t3=。( 11 4 + 22+ 2) 【答案】(1)h (2) 2 2qBh (2- 1)qh2 (3)( 11 4 + 22+ 2) 题型二 带电粒子在叠加场中的运动问题 1.磁场力、重力并存 (1)若重力和洛伦兹力平衡,则带电体做匀速直线运动。 (2)若重力和洛伦兹力不平衡
7、,则带电体将做复杂的曲线运动,因洛伦兹力不做功,故机械能守恒。 2.电场力、磁场力并存(不计重力) (1)若电场力和洛伦兹力平衡,则带电体做匀速直线运动。 (2)若电场力和洛伦兹力不平衡,则带电体做复杂的曲线运动,可用动能定理求解。 3.电场力、磁场力、重力并存 (1)若三力平衡,则带电体做匀速直线运动。 (2)若重力与电场力平衡,则带电体做匀速圆周运动。 (3)若合力不为零,带电体则可能做复杂的曲线运动,可用能量守恒定律或动能定理求解。 【例 2】在竖直平面直角坐标系xOy内,第象限存在沿y轴正方向的匀强电场E1,第、象限存在沿y轴正方向的匀强电 场E2(E2=),第象限内还存在垂直于坐标平
8、面向外的匀强磁场B1,第象限内存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场B2。一带正 电的小球(可视为质点)从坐标原点O以某一初速度v进入光滑的半圆轨道OA,半圆轨道在O点与x轴相切且直径与y轴重合,如图 甲所示。小球恰好能从轨道最高点A垂直于y轴飞出进入第象限的匀强电场中,偏转后经x轴上x=R处的P点进入第象限 43 3 磁场中,然后从y轴上Q点(未画出)与y轴正方向成 60角进入第象限磁场,最后从O点又进入第象限电场。 已知小球的质量 为m,电荷量为q,圆轨道的半径为R,重力加速度为g。求: 甲 (1)小球的初速度大小。 (2)电场强度E1的大小。 (3)B1与B2的比值。 【解析】(1)由题意可知
9、,在A点有mg= 2 从O到A由动能定理得 m- mv2=-mg2R 1 2 2 1 2 解得v=。 5 (2)小球在第象限做类平抛运动 x=vAt=R 43 3 2R= at2 1 2 a= - 1 解得E1=。 4 (3)vy=vA,tan = 3 3 得=60 vP=2vA 由于mg=qE2 小球在第、象限中均做匀速圆周运动,画出小球在磁场中运动的轨迹如图乙所示 乙 由几何关系得r1cos 30+r1sin 30=OP=R 4 3 3 解得r1=R(4 - 4 3 3) 又r1= 1 2 1 进入B2后,由几何关系得 2r2cos 30=OQ=OP=R 4 3 3 解得r2= R 4 3
10、 又r2= 2 2 解得= =。 1 2 2 1 3 +3 6 【答案】(1) (2) (3) 5 4 3 +3 6 带电粒子在叠加场中运动的处理方法 【变式训练 2】(2019 山西晋城质量检测)如图甲所示,绝缘粗糙的竖直平面MN左侧同时存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场, 电场方向水平向右,电场强度大小为E,磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度大小为B。一质量为m、电荷量为q的带正电的小滑块 从A点由静止开始沿MN下滑,到达C点时离开MN做曲线运动。A、C两点间距离为h,重力加速度为g。 甲 (1)求小滑块运动到C点时的速度大小vC。 (2)求小滑块从A点运动到C点过程中克服摩擦力做的功Wf。
11、(3)若D点为小滑块在电场力、 洛伦兹力及重力作用下运动过程中速度最大的位置,当小滑块运动到D点时撤去磁场,此后小滑 块继续运动到水平地面上的P点。已知小滑块在D点时的速度大小为vD,从D点运动到P点的时间为t,求小滑块运动到P点时速 度的大小vP。 【解析】(1)小滑块沿MN运动的过程中,水平方向受力满足 qvB+FN=qE 小滑块在C点离开MN时FN=0 解得vC=。 (2)由动能定理有 mgh-Wf= m-0 1 2 2 解得Wf=mgh-。 2 22 (3)如图乙所示,小滑块速度最大时,速度方向与电场力、重力的合力方向垂直。撤去磁场后小滑块将做类平抛运动,等效加速度 为g 乙 g=(
12、) 2 + 2 且=+g2t2 22 解得vP=。 2+( ) 2 + 22 【答案】(1) (2)mgh- 2 22 (3) 2+( ) 2 + 22 题型三 带电粒子在复合场中运动的应用实例 装置原理图规律 质谱仪粒子由静止被加速电场加速,qU= mv2,在磁场中做匀速圆周运动,qvB=,则比荷= 1 2 mv2 r q m 2U B2r2 回旋加 速器 接交流电源 交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等,粒子在做圆周运动的过程中每次经过 D 形盒缝隙都会被加 速。由qvB=得Ekm= mv2 r q2B2r2 2m 速度选 择器 当qv0B=Eq,即v0=时,粒子做匀速直线运动 E B
13、磁流体 发电机 等离子体射入,受洛伦兹力偏转,使两极板带正、负电荷,两极电压为U时稳定,q =qv0B,U=v0Bd U d 电磁流 量计 q=qvB,可得v=,所以Q=vS= U D U DB DU 4B 霍尔 元件 当磁场方向与电流方向垂直时,导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差 【例 3】如图所示为某种质谱仪的工作原理示意图。此质谱仪由以下几部分构成:粒子源N;P、Q间的加速电场;静电分析器, 即中心线半径为R的四分之一圆形通道,通道内有均匀辐射电场,方向沿径向指向圆心O,且与圆心O等距的各点电场强度大小相等; 磁感应强度为B的有界匀强磁场,方向垂直纸面向外;胶片M。由粒子源发
14、出的不同带电粒子,经加速电场加速后进入静电分析器, 某些粒子能沿中心线通过静电分析器并经小孔S垂直磁场边界进入磁场,最终打到胶片上的某点。 粒子从粒子源发出时的初速度不 同,不计粒子所受重力。下列说法正确的是( )。 A.从小孔S进入磁场的粒子速度大小一定相等 B.从小孔S进入磁场的粒子动能一定相等 C.打到胶片上同一点的粒子速度大小一定相等 D.打到胶片上位置距离O点越远的粒子,比荷越大 【解析】从小孔S进入磁场,说明粒子在电场中运动半径相同,在静电分析器中,qE=,无法判断出粒子的速度和动能是否相 2 等,A、B 两项错误;打到胶片上同一点的粒子,在磁场中运动的半径相同,由qvB=m,qE
15、=,联立可得r=,所以打到胶片上同一点的 2 2 粒子速度相等,与比荷无关,C 项正确,D 项错误。 【答案】C 把握三点,解决现代科技中的组合场问题 (1)对题目背景涉及的物理知识和原理机制进行认真分析。 (2)从力、运动、能量三个角度分析粒子的运动过程,并画出运动轨迹的草图。 (3)构建物理模型,选择合适的物理规律和方法解决问题。 【变式训练 3】(2018 河北刑台第三次质量检测)(多选)回旋加速器的工作原理示意图如图所示。置于真空中的 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忽略。 磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直,高频交流电频率为f,加速电压为U。 若A处粒子
16、源产生的质子的质量为m,电荷量为+q,在加速器中被加速,且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响。 则下列说法 正确的是( )。 A.质子被加速后的最大速度不可能超过 2Rf B.质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比 C.质子第 2 次和第 1 次经过两 D 形盒间狭缝后轨道半径之比为1 2 D.只要不改变磁感应强度B,质子离开回旋加速器的最大动能就不变 【解析】 质子被加速后的最大速度受到 D 形盒半径R的制约,因v=2Rf,故 A 项正确;质子离开回旋加速器的最大动能Ekm= 2 mv2=2m2R2f2,与加速电压U无关,B 项错误;根据R=,qU= m,2qU= m,得质子第
17、 2 次和第 1 次经过两 D 形盒间狭缝后轨道半径 1 2 1 2 12 1 2 22 之比为1,C 项正确;因质子的最大动能Ekm=2m2R2f2,与B无关,故 D 项错误。 2 【答案】AC 【变式训练 4】(2019 湖北武汉第一次模拟考试)目前,世界上正在研究一种新型发电机磁流体发电机。如图所示,将一束 等离子体喷射入磁场,磁场中有两块平行金属板A、B,这时金属板上就会聚集电荷,产生电压。如果射入的等离子体的初速度为v, 两金属板的板长(沿初速度方向)为L,板间距离为d,金属板的正对面积为S,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于离子初速度方 向(如图所示),负载电阻为R,电离气体充满
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2020届新考案高考物理总复习教师用书:第十二单元 磁场 第3讲 Word版含解析 2020 届新考案 高考 物理 复习 教师 第十二 单元 Word 解析
链接地址:https://www.31doc.com/p-4227000.html