《物理新增分大一轮新高考（京津鲁琼）课件：第九章 磁场 专题强化十一 .pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理新增分大一轮新高考（京津鲁琼）课件：第九章 磁场 专题强化十一 .pptx（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第九章 磁 场 专题强化十一 带电粒子在叠加场和组合场中的运动 大一轮复习讲义 1 本专题是磁场 力学 电场等知识的综合应用 高考往往以计算压轴 题的形式出现 2 学习本专题 可以培养同学们的审题能力 推理能力和规范表达能力 针对性的专题训练 可以提高同学们解决难题 压轴题的信心 3 用到的知识有 动力学观点 牛顿运动定律 运动学观点 能量观点 动能定理 能量守恒定律 电场的观点 类平抛运动的规律 磁场的观 点 带电粒子在磁场中运动的规律 专题解读 NEIRONGSUOYIN 内容索引 研透命题点 课时作业 细研考纲和真题 分析突破命题点 限时训练 练规范 练速度 研透命题点 1 带电粒子在叠
2、加场中无约束情况下的运动 1 洛伦兹力 重力并存 若重力和洛伦兹力平衡 则带电粒子做匀速直线运动 若重力和洛伦兹力不平衡 则带电粒子将做复杂的曲线运动 因洛伦兹力不 做功 故机械能守恒 由此可求解问题 2 电场力 洛伦兹力并存 不计重力的微观粒子 若电场力和洛伦兹力平衡 则带电粒子做匀速直线运动 若电场力和洛伦兹力不平衡 则带电粒子将做复杂的曲线运动 因洛伦兹力 不做功 可用动能定理求解问题 命题点一 带电粒子在叠加场中的运动 3 电场力 洛伦兹力 重力并存 若三力平衡 一定做匀速直线运动 若重力与电场力平衡 一定做匀速圆周运动 若合力不为零且与速度方向不垂直 将做复杂的曲线运动 因洛伦兹力不
3、做 功 可用能量守恒定律或动能定理求解问题 2 带电粒子在叠加场中有约束情况下的运动 带电粒子在叠加场中受轻杆 轻绳 圆环 轨道等约束的情况下 常见的运动 形式有直线运动和圆周运动 此时解题要通过受力分析明确变力 恒力做功情 况 并注意洛伦兹力不做功的特点 运用动能定理 能量守恒定律结合牛顿运 动定律求解 例1 2017 全国卷 16 如图1 空间某区域存在匀强电场和匀强磁场 电场 方向竖直向上 与纸面平行 磁场方向垂直于纸面向里 三个带正电的微粒a b c电荷量相等 质量分别为ma mb mc 已知在该区域内 a在纸面内做 匀速圆周运动 b在纸面内向右做匀速直线运动 c在纸面内向左做匀速直线
4、运 动 下列选项正确的是 A ma mb mc B mb ma mc C mc ma mb D mc mb ma 图1 解析 设三个微粒的电荷量均为q a在纸面内做匀速圆周运动 说明洛伦兹力提供向心力 重力与电场力平衡 则mag qE b在纸面内向右做匀速直线运动 三力平衡 则mbg qE qvB c在纸面内向左做匀速直线运动 三力平衡 则mcg qvB qE 比较 式得 mb ma mc 选项B正确 变式1 多选 2018 河南省安阳市第二次模拟 如图2所示 空间某处存在竖直 向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场 一个带负电的金属小球从M点水 平射入场区 经一段时间运动到N点 关于小球由M
5、到N的运动 下列说法正 确的是 A 小球可能做匀变速运动 B 小球一定做变加速运动 C 小球动能可能不变 D 小球机械能守恒 图2 解析 小球从M到N 在竖直方向上发生了偏转 所以受到的竖直向下的洛 伦兹力 竖直向下的重力和竖直向上的电场力的合力不为零 并且速度方向 变化 则洛伦兹力方向变化 所以合力方向变化 故不可能做匀变速运动 一定做变加速运动 A错误 B正确 若电场力和重力等大反向 则运动过程中电场力和重力做功之和为零 而洛 伦兹力不做功 所以小球的动能可能不变 重力势能减小 这种情况下机械 能不守恒 若电场力和重力不等大 则有电场力做功 所以机械能也不守恒 故小球的机械能不守恒 C正确
6、 D错误 例2 2016 天津理综 11 如图3所示 空间中存在着水平向右的匀强电场 电场 强度大小E 5 N C 同时存在着垂直纸面向里的匀强磁场 其方向与电场方 向垂直 磁感应强度大小B 0 5 T 有一带正电的小球 质量m 1 10 6 kg 电 荷量q 2 10 6 C 正以速度v在图示的竖直面内做匀速直线运动 当经过P点时 撤掉磁场 不考虑磁场消失引起的电磁感应现象 取g 10 m s2 求 图3 1 小球做匀速直线运动的速度v的大小和方向 答案 20 m s 方向与电场方向成60 角斜向上 解析 小球做匀速直线运动时受力如图甲 其所受的三个力在同一平面内 合 力为零 代入数据解得v
7、 20 m s 60 2 从撤掉磁场到小球再次穿过P点所在的这条电场线经历的时间t 解析 解法一 撤去磁场 小球在重力与电场力的合力 作用下做类平抛运动 如图乙所示 设其加速度为a 设撤去磁场后小球在初速度方向上的分位移为x 有x vt 解法二 撤去磁场后 由于电场力垂直于竖直方向 它对竖直方向的分运动没 有影响 以P点为坐标原点 竖直向上为正方向 小球在竖直方向上做匀减速 运动 其初速度为vy vsin 若使小球再次穿过P点所在的电场线 仅需小球的竖直方向上分位移为零 变式2 2018 山西省孝义市质量检测三 如图4所示 竖直平面内存在水平方向 的匀强电场 电场强度为E 同时存在垂直纸面向里
8、的匀强磁场 磁感应强度 为B 纸面内放置一光滑的绝缘细杆 与水平方向成 45 角 质量为m 带电 荷量为q的金属小环套在细杆上 以初速度v0沿着细杆向下运动 小环离开细杆 后 恰好做直线运动 则以下说法正确的是 A 小球可能带负电 B 电场方向可能水平向右 图4 1 组合场 电场与磁场各位于一定的区域内 并不重叠 电场 磁场交替出现 2 分析思路 1 划分过程 将粒子运动的过程划分为几个不同的阶段 对不同的阶段选取 不同的规律处理 2 找关键 确定带电粒子在场区边界的速度 包括大小和方向 是解决该类问题 的关键 3 画运动轨迹 根据受力分析和运动分析 大致画出粒子的运动轨迹图 有 利于形象 直
9、观地解决问题 命题点二 带电粒子在组合场中的运动 模型1 磁场与磁场的组合 例3 2017 全国卷 24 如图5 空间存在方向垂直于纸面 xOy平面 向里的磁 场 在x 0 区域 磁感应强度的大小为B0 x 0区域 磁感应强度的大小为 B0 常数 1 一质量为m 电荷量为q q 0 的带电粒子以速度v0从坐标原点O沿x 轴正向射入磁场 此时开始计时 当粒子的速度方向再次沿x轴正向时 求 不计重力 图5 1 粒子运动的时间 解析 在匀强磁场中 带电粒子做匀速圆周运动 设在x 0区域 圆周半径为R1 在x 0区域 圆周半径为R2 2 粒子与O点间的距离 解析 由几何关系及 式得 所求距离为 变式3
10、 2019 广东省韶关市调研 如图6所示 在无限长的竖直边界AC和DE间 上 下部分分别充满方向垂直于平面ADEC向外的匀强磁场 上部分区域的 磁感应强度大小为B0 OF 为上 下磁场的水平分界线 质量为 m 带电荷量为 q的粒子从 AC 边界上与 O 点相距为 a 的 P 点垂直于 AC 边界射入上方磁场 区域 经 OF 上的 Q 点第一次进入下方磁场区域 Q 与 O 点的距离为 3a 不考 虑粒子重力 图6 1 求粒子射入时的速度大小 解析 粒子在OF上方的运动轨迹如图所示 设粒子做圆周运动的半径为R 由几何关系可知R2 R a 2 3a 2 R 5a 2 要使粒子不从AC边界飞出 求下方
11、磁场区域的磁感应强度B1应满足的条件 解析 当粒子恰好不从AC边界飞出时 运动轨迹如图所示 设粒子在OF下方做圆周运动的半径为r1 3 若下方区域的磁感应强度B 3B0 粒子最终垂直DE 边界飞出 求边界DE 与AC间距离的可能值 解析 当B 3B0时 粒子的运动轨迹如图所示 答案 4na n 1 2 3 设粒子的速度方向再次与射入磁场时的速度方向一致 时的位置为P1 则P与P1的连线一定与OF平行 模型2 电场与磁场的组合 例4 2018 全国卷 25 一足够长的条状区域内存在匀强电场和匀强磁场 其 在xOy平面内的截面如图7所示 中间是磁场区域 其边界与y轴垂直 宽度为l 磁感应强度的大小
12、为B 方向垂直于xOy平面 磁场的上 下两侧为电场区域 宽度均为l 电场强度的大小均为E 方向均沿x轴正方向 M N为条状区域边界上的两点 它们 的连线与y轴平行 一带正电的粒子以某一速度从M点沿y轴 正方向射入电场 经过一段时间后恰好以从M点入 射的速度从N点沿y轴正方向射出 不计重力 图7 1 定性画出该粒子在电磁场中运动的轨迹 答案 见解析图 解析 粒子运动的轨迹如图 a 所示 粒子在电场中的轨迹为抛物线 在磁场中 为圆弧 上下对称 2 求该粒子从M点入射时速度的大小 解析 粒子从电场下边界入射后在电场中做类平抛运动 设粒子从M点射入时速度的大小为v0 在下侧电场中运动 的时间为t 加速
13、度的大小为a 粒子进入磁场的速度大小 为v 方向与电场方向的夹角为 如图 b 速度沿电场方向的分量为v1 根据牛顿第二定律有qE ma 式中q和m分别为粒子的电荷量和质量 由运动学公式有v1 at l v0t v1 vcos 粒子在磁场中做匀速圆周运动 设其运动轨道半径为R 由几何关系得l 2Rcos 3 若该粒子进入磁场时的速度方向恰好与x轴正方向的夹角为 求该粒子的 比荷及其从M点运动到N点的时间 变式4 2018 山西省晋城市第一次模拟 在如图8甲所示的xOy坐标系中 第一 象限内有垂直坐标平面的匀强磁场 第二象限内有方向水平向右 场强大小为 E的匀强电场E1 第四象限内有方向水平 以水
14、平向右为正方向 大小按图乙 规律变化的电场E2 变化周期T 一质量为m 电荷量为 q的粒子 从 x0 x0 点由静止释放 进入第一象限后恰能绕O点做匀速圆周运动 以粒子经 过x轴进入第四象限的时间点为电场E2的计时起点 不计粒子重力 求 图8 1 第一象限内匀强磁场的磁感应强度B的大小 解析 设粒子离开第二象限时的速度为v0 在第一象限内 粒子做匀速圆周运动的速度为v0 2 粒子在第四象限中运动 当t 时 粒子的速度 方向与水平方向成45 角斜向右下方 3 粒子在第四象限中运动 当t nT n N 时 粒子的坐标 答案 n 1 x0 2nx0 n N 解析 粒子在第四象限中运动时 y轴方向上做
15、匀速直线 运动 x轴方向上前半个周期向右做匀加速运动 后半个 周期向右做匀减速运动直到速度为0 当t nT时 x轴距O点的距离x x0 nx0 y轴距O点的距离y v0nT 2nx0 粒子的坐标 n 1 x0 2nx0 n N 课时作业 1 多选 2018 河南省驻马店市第二次质检 如图1所示 平面直角坐标系的第二 象限内存在着垂直纸面向外 磁感应强度大小为2B的匀强磁场 第三象限内存 在着垂直纸面向里 磁感应强度大小为B的匀强磁场 一带负电的粒子从原点O以 某一速度沿与y轴成30 角方向斜向上射入磁场 且在第二象限运动时的轨迹圆的 半径为R 已知带电粒子的质量为m 所带电荷量为q 且所受重力
16、可以忽略 则 A 粒子在第二象限和第三象限两磁场中运动的轨迹圆半径之比为1 2 B 粒子完成一次周期性运动的时间为 C 粒子从O位置入射后第二次经过x轴时的位置到坐标原点的 距离为 D 若仅将粒子的入射速度大小变为原来的2倍 则粒子完成 一次周期性运动的时间将减少图1 123456 粒子在磁场中运动一个周期的轨迹如图所示 123456 123456 123456 2 多选 2019 山西省晋城市第一次模拟 足够大的空间内存在着竖直向上的匀强 磁场和匀强电场 有一带正电的小球在电场力和重力作用下处于静止状态 现将 磁场方向顺时针旋转30 同时给小球一个垂直磁场方向斜向下的速度v 如图2 所示 则关于小球的运动 下列说法正确的是 A 小球做类平抛运动 B 小球在纸面内做匀速圆周运动 C 小球运动到最低点时电势能增加 D 整个运动过程中机械能不守恒 图2 123456 解析 小球在复合电磁场中处于静止状态 只受两个力作用 即重力和电场力 且两者平衡 当把磁场顺时针方向旋转30 且给小球一个垂直磁场方向的速 度v 则小球受到的合力就是洛伦兹力 且与速度方向垂直 所以小球在垂直 于纸面的倾斜平面
