《2011年高中物理二轮总复习 带电粒子茌复合场中的运动教案.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2011年高中物理二轮总复习 带电粒子茌复合场中的运动教案.doc（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、命题点3 带电粒子茌复合场中的运动本类考题解答锦囊 解答“带电粒子在复合场中的运动”一类试题，主要了解以下内容： 关于求解带电粒子在复合场中运动的问题，首先要弄清是怎样的一个复合场：是磁场与电场的复合还是磁场与重力场的复合，还是磁场、电场、重力场的复合其次，要正确的对带电粒子进行受力分析接着，要准确的对带电粒子的运动形式作出判断；假设带电粒子受力平衡，它将处于静止或匀速直线运动状态：假设带电粒子所受合外力只充当向心力，它将做匀速圆周运动；假设带电粒子所受合外力恒定，它将做匀变速运动；假设带电粒子所受合外力不恒定，它将做非匀变速曲线运动，在判断出粒子的运动形式后，要结合受力特点与运动学公式或动量
2、守恒、动能定理、能量守恒等列出方程，联立求解综上所述，求解带电粒子在复合场中运动问题的一般步骤是：(1)选带电粒子为研究对象 (2)对带电粒子进行受力分析(3)依据受力情况判定带电粒子的运动形式(4)分析运动过程并结合力学规律列方程或画图象，然后求解 I 高考最新热门题 1 (典型例题)如图(931)所示，在Oxyz坐标系所在的空间中，可能存在匀强电场或匀强磁场，也可能两者都存在或都不存在但如果两者都存在，已知磁场平行于xy平面现有一质量为m带正电q的点电荷沿z轴正方向射人此空间中，发现它做速度为vo的匀速直线运动若不计重力，试写出电场和磁场的分布有哪几种可能性要求对每一种可能性，都要说出其中
3、电场强度、磁感应强度的方向和大小，以及它们之间可能存在的关系不要求推导或说明理由命题目的与解题技巧：考查带电粒子在电场、磁场中运动的电场力、洛伦兹力的大小、方向判断，注重判断推理能力的考查 解析 以E和B分别表示电场强度和磁感应强度，有以下几种可能： (1)E=0，B=0 (2)E=0，B0.B的方向与z轴同向或反向，B的大小可任意 (3)E0,B0磁场方向可在平行于zy平面的任何方向. 电场E的方向平行于xy平面，并与B的方向垂直 当迎着z轴正方向看时，由B的方向沿顺时针转90后就是E的方向E和B的大小可取满足关系式 的任何值 答案 见解析 2 (典型例题)如图2332所示，a、b是位于真空
4、中的平行金属板，a板带正电，b板带负电，两板间的电场为匀强电场，场强为E同时在两板之间的空间中加匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度为且一束电子以大小为vo的速度从左边S处沿图中虚线方向入射，虚线平行于两板，要想使电子在两板间能沿虚线运动，则vo、E、B之间的关系应该是 A.vo=EB Bvo=BE C.vo=D.v0= 答案: A 指导：对电子进行受力分析，电子的重力不计，则受到一个竖直向上的电场力，受一个竖直向下的洛伦兹力(由左手定则判断)，而题中要求电子在两板间能沿虚线运动，则电子所受合外力必须为零，即电场力和洛兹力大小相等，方向相反，即Eq=qv0B，所以v0=A正确3 (典型
5、例题)在图2333中虚线表示的区域存在匀强电场和匀强磁场取坐标如图，一带电粒子沿x轴正方向进入此区域，在穿过此区域的过程中运动方向始终不发生偏转不计重力的影响，电场强度E和磁感应强度B的方向可能是 A.E和B都沿x轴方向 BE沿y轴正向，B沿z轴方向 C.E沿z轴正向，B沿y轴方向 DE、B都沿z轴方向答案: AB 指导：从题干中“一带电粒子沿x轴正方向进入此区域，在穿过此区域的过程中运动方向始终不发生偏转入手，分析带电粒子受力的可能情况本题没有说明带电粒子的带电性质，为便于分析，假定粒子带正电，A选项中，磁场对粒子作用力为零，电场力与粒子运动方向在同一直线，方向不会发生偏移，A正确；B选项中
6、，电场力方向向上，洛伦兹力方向向下，当这两个力平衡时，粒子方向可以始终不变，B正确C选项中电场、洛伦兹力都是沿丁轴正方向，粒子将做曲线运动，C错误，D选项，电场力沿z轴方向，洛伦兹力沿y轴方向，两力不可能平衡，粒子将做曲线运动，D错误 题点经典类型题 1 (典型例题)如图 233-4所示，地面上有水平正交的匀强电场和匀强磁场，磁感强度为B,其中电场只分布在 X0的区域，要使油滴进入X0的区域后能在竖直方向上做匀速圆周运动，需在x 0的区域再加上一个匀强电场，最终油滴通过X轴上的N点，且MO=NO求 (1)油滴运动的速率大小； (2)在X0区域加的电场的场强大小及方向：(3)油滴从M点到N点用的
7、时间命题惠目的与解题技巧：考查带电粒子受重力、电场力、洛伦兹力三力之间的相互关系正确受力分析是解决问题的关键 解析 (1)油滴在X0区域后受三个力做匀速圆周运动，其中重力和电场力一定抵消，所以电场方向竖直向上，有qE= mg而由(1)中得mg=qE以ctga，所以E= (3)油滴运动过程图如图(2336)所示，O为圆心，MPN为等腰三角形，_MNP=30，又ONP同为等腰三角形，由于OPN为60而OPO=30，所以OPN=30即ONP=30，所以O在X轴上，弧 PN对应的圆心角为120，轨道半径及 =mVqB，MP=Rcot 30= 油滴由M到P的时间 油滴由P到N用的时间 又由(1)中得所以
8、油滴由M到N的总时间 答案 (1)V=2EB (2)E=方向竖直向上 (3) 2 (典型例题)一质子以速度v穿过相互垂直的电场和磁场区域而没有偏转，如图233-7所示，则 A.若电子以相同的速度v射入该区域，电子将会发生偏转 B无论何种带电粒子，只要以相同的速度v射入该区域都不会发生偏转 C.若质子的入射速度vv，它将向上偏转，其轨迹既不是圆弧也不是抛物线D.若质子的入射速度vv，它将向下偏转而做类平抛运动答案: BC 指导：质子穿过相互垂直的电场和磁场区域而没有偏转，说明了它受的电场力和洛伦兹力是一对平衡力，有 qvB=qE，说明了v=EB，当电子以相同的速度射人该区域后，则电子所受到的电场
9、力和洛伦兹力相对于质子所到相应的力均发生反向，故与带电性质无关由其速度表达式可以说明与带电粒子所带的电荷和质量均无关，所以只要以相同的速度射人该区域都不会发生偏转，所以A项错，B项对质子的入射速度vv，它所受到的洛伦兹力大于电场力，由于质子所受到的洛伦兹力方向向上，故质子就向上偏转，由于质子所受的电场力是一恒力，而洛伦兹力是一变力，故其轨迹既不是圆弧也不是抛物线若质子的入射速度vv，质子所的洛伦兹力小于电场力，将向下偏转同理，它的轨迹既不是圆弧也不是抛物线故C项对，D项错 3 (典型例题)1998年6月3日，美国发射的航天飞机“发现者”号搭载了一台a磁谱仪，其中一个关键部件是由中国科学院电工研
10、究所设计制造的直径为120mm，高为800 mm，中心磁感强度为0.1314T的永久磁体，它的主要使命是探测宇宙空间中可能存在的反物质，特别是宇宙中反氦原子的原子核(带负电)，若如图2338：所示，a磁谱仪中4条径迹分别为质子、反质子、a粒子，反氦核的径：迹，其中反氦核的径迹为 A4 B3 C2 D1 答案: C 指导：通过速度选择器的四种粒子速度大小相等，由R=知质荷比较大的反氦核轨迹为2 4 (典型例题)地面附近空间中存在着水平方向的匀强电场和匀强磁场，已知磁场方向垂直纸面向里，一个带电油滴能沿一条与竖直方向成a角的直线MN运动(MN在垂直于磁场方向的平面内)，如图2339所示，则以下判断
11、中不正确的是 A.如果油滴带正电，它是从M点运动到N点 B如果油滴带正电，它是从N点运动到M点 C.如果电场方向水平向左，油滴是从M点运动到N点D如果电场方向水平向右，油滴是从M点运动到N点 答案: A 指导：由于小球电性未知，故分两种情况进行讨论；当小球带正电时，会出现B中所述情形；当小球带负电时，会出现BD两种可能情形，故不正确的应为A5 (典型例题)由于受地球信风带和盛西风带的影响，在海洋中形成一种河流为海流海流中蕴藏着巨大的动力资源据统计，世界大洋中所有海洋的发电能力达109kW，早在19世纪法拉第就曾设想，利用磁场使海流发电因为海水不中含有大量的带电离子，这些离子随海流做定向运动，如
12、果有足够强的磁场能使这些带电离子向相反方向偏转，便有可能发出电来目前，日本的一些科学家将计划利用海流建造一座容量为1 500kW的磁流体发电机答案:(1)N极 (2)E=50V，r=0025ll (3)3612010J指导：(1)由左手定则得：板电势较高 (2)当海水中流的带电离子进入磁场后，将在两板之间形成电势差，当所受到的电场力与洛伦兹力9相平衡达到稳定状态时，即q=qvB 内阻 r= 代入有关数据得：电动势E=50V 内阻R=0025ll (3)消耗的电能：W=I2Rt 电路中的电流： I= 由、式及代入有关数据得W=3612010J如图(23310)所示为一磁流体发电机的原理示意图，上
13、、下两块金属板M、N水平放置浸没在海水里，金属板面积均为S=1103m2，板间相距d=100m，海水的电阻率p=0.25m在金属板之间中一匀强磁场，磁感应强度B=0.1 T，方向由南向北，海水从东向西以速度v=5ms流过两金属板之间，将在两板之间形成电势差 (1)达到稳定状态时，哪块金属板的电势较高? (2)由金属板和海水流动所构成的电源的电动势z及其内电阻r各为多少? (3)若用此发电装置给一电阻为20 的航标灯供电，则在8h内航标灯所消耗的电能为多少? 新高考命题方向预测1 如图23311所示，带电平行板间匀强电场竖直向上，匀强磁场方向垂直纸面向里，某带电小球从光滑轨道上a点自由滑下，经轨
14、道端点P进入板间后恰好沿水平方向做直线运动现使小球从稍低些的b点开始自由滑下，在经过p点进入板间的运动过程甲A.仍沿水平方向作直线运动 B动能将会减少 C.其电势能将会增大D小球所受的洛伦兹力将会减小 答案: C 指导：由题意第一次匀速通过，则有：mg=Eq+qBv，当进度减小时，会向下偏，故C正确2 已知一质量为m的带电液滴，经电压U加速后，水平进入互相垂直的匀强电场E和磁感应强度为B的匀强磁场中，液滴在此空间的竖直平面内做匀速圆周运动，如图23312所示，则下列说法不正确的是 A.液滴在空间可能受4个力作用 B液滴一定带负电 C.液滴做圆周运动的半径D.液滴在场中运动时总能量不变 答案: A 指导：带电液滴在匀强电场和匀强磁场中做匀速圆周运动，说明电场力与重力平衡液滴做匀速圆周运动的向心丈是洛伦兹力，由此判断液滴一定带负电，并且受三个力作用由qE=mg得由动能定理得v=，由此得液滴的运动半径R=带电液滴在运动过程中合外
