《2011届高考物理第一轮精编复习资料009》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2011届高考物理第一轮精编复习资料009（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2011 届高考物理第一轮精编复习资料 009带电粒子在电场和磁场中的运动知识网络考点预测带电粒子在电场、磁场(或电场、磁场和重力场的复合场) 中的运动是高中物理中的重点内容，这类问题对学生的空间想象能力、分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力有较高的要求，是考查考生多项能力的极好载体，因此成为高考的热点，在实行了多年的理科综合能力测试中也是每年都考，且分值较高从试题的难度上看，多属于中等难度和较难的题，特别是只要出现计算题就一定是难度较大的综合题考题有可能以科学技术的具体问题为背景，从实际问题中获取并处理信息，把实际问题转化成物理问题，提高分析解决实际问题的能力是教学中的重点计算题还常
2、常成为试卷的压轴题，如 2009 年全国理综卷第 26 题、全国理综卷第 2 题、重庆理综卷第 2 题、四川理综卷第 2 题；2008 年全国理综卷第 2题、江苏物理卷第 14 题、四川理综卷第 27 题、重庆理综卷第 2 题、东理综卷第 2 题等预计在 2010 年高考中仍然会出现带电粒子在复合的或组合的电场和磁场中运动的问题要点归纳一、不计重力的带电粒子在电场中的运动1带电粒子在电场中加速当电荷量为 q、质量为、初速度为 v0 的带电粒子经电压 U 加速后，速度变为 vt，由动能定理得：qU12vt212v02若 v00，则有vt2qU，这个关系式对任意静电场都是适用的对于带电粒子在电场中
3、的加速问题，应突出动能定理的应用2带电粒子在匀强电场中的偏转电荷量为 q、质量为的带电粒子由静止开始经电压 U1 加速后，以速度 v1 垂直进入由两带电平行金属板产生的匀强电场中，则带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，其轨迹是一条抛物线(如图 41 所示)图 41qU112v12设两平行金属板间的电压为 U2，板间距离为 d，板长为 L： (1)带电粒子进入两板间后粒子在垂直于电场的方向上做匀速直线运动，有：vxv1，Lv1t粒子在平行于电场的方向上做初速度为零的匀加速直线运动，有：vat， 12at2，aqEqU2d(2)带电粒子离开极板时侧移距离12at2 qU2L22dv12U2L24dU
4、1轨迹方程为：U2x24dU1(与、q 无关)偏转角度 的正切值 tan atv1 qU2Ldv12U2L2dU1若在偏转极板右侧 D 距离处有一竖立的屏，在求电子射到屏上的侧移距离时有一个很有用的推论，即：所有离开偏转电场的运动电荷好像都是从极板的中心沿中心与射出点的连线射出的这样很容易得到电荷在屏上的侧移距离(DL2)tan 以上公式要求在能够证明的前提下熟记，并能通过以上式子分析、讨论侧移距离和偏转角度与带电粒子的速度、动能、比荷等物理量的关系二、不计重力的带电粒子在磁场中的运动1匀速直线运动：若带电粒子的速度方向与匀强磁场的方向平行，则粒子做匀速直线运动2匀速圆周运动：若带电粒子的速度
5、方向与匀强磁场的方向垂直，则粒子做匀速圆周运动质量为、电荷量为 q 的带电粒子以初速度 v 垂直进入匀强磁场 B中做匀速圆周运动，其角速度为 ，轨道半径为 R，运动的周期为T，则有：qvB v2RR2 vR(2T)2R(2f)2R vqBT 2qB(与 v、R 无关 )，f1TqB23对于带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的问题，应注意把握以下几点(1)粒子圆轨迹的圆心的确定若已知粒子在圆周运动中的两个具体位置及通过某一位置时的速度方向，可在已知的速度方向的位置作速度的垂线，同时作两位置连线的中垂线，两垂线的交点为圆轨迹的圆心，如图 42 所示若已知做圆周运动的粒子通过某两个具体位置的速度方向
6、，可在两位置上分别作两速度的垂线，两垂线的交点为圆轨迹的圆心，如图 43 所示若已知做圆周运动的粒子通过某一具体位置的速度方向及圆轨迹的半径 R，可在该位置上作速度的垂线，垂线上距该位置 R 处的点为圆轨迹的圆心(利用左手定则判断圆心在已知位置的哪一侧) ，如图 44 所示图 42图 43图 44(2)粒子圆轨迹的半径的确定可直接运用公式 RvqB 确定画出几何图形，利用半径 R 与题中已知长度的几何关系确定在利用几何关系时，要注意一个重要的几何特点，即：粒子速度的偏向角 等于对应轨迹圆弧的圆心角 ，并等于弦切角 的 2倍，如图 4所示图 4(3)粒子做圆周运动的周期的确定可直接运用公式 T2
7、qB 确定利用周期 T 与题中已知时间 t 的关系确定若粒子在时间 t 内通过的圆弧所对应的圆心角为 ，则有：t360T(或t2T)(4)圆周运动中有关对称的规律从磁场的直边界射入的粒子，若再从此边界射出，则速度方向与边界的夹角相等，如图 46 所示在圆形磁场区域内，沿径向射入的粒子必沿径向射出，如图47 所示： 图 46图 47() 带电粒子在有界磁场中运动的极值问题刚好穿出磁场边界的条通常是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切三、带电粒子在复合场中的运动1高中阶段所涉及的复合场有四种组合形式，即：电场与磁场的复合场；磁场与重力场的复合场；电场与重力场的复合场；电场、磁场与重力场的复合场2带
8、电粒子在复合场中的运动性质取决于带电粒子所受的合外力及初速度，因此应把带电粒子的运动情况和受力情况结合起进行分析当带电粒子在复合场中所受的合外力为零时，带电粒子做匀速直线运动(如速度选择器)；当带电粒子所受的重力与电场力等值、反向，由洛伦兹力提供向心力时，带电粒子在垂直磁场的平面内做匀速圆周运动；当带电粒子所受的合外力是变力，且与初速度的方向不在一条直线上时，粒子做非匀变速曲线运动，运动轨迹也随之不规范地变化因此，要确定粒子的运动情况，必须明确有几种场，粒子受几种力，重力是否可以忽略3带电粒子所受三种场力的特征(1)洛伦兹力的大小跟速度方向与磁场方向的夹角有关当带电粒子的速度方向与磁场方向平行
9、时，f 洛0；当带电粒子的速度方向与磁场方向垂直时，f 洛qvB当洛伦兹力的方向垂直于速度 v 和磁感应强度 B 所决定的平面时，无论带电粒子做什么运动，洛伦兹力都不做功(2)电场力的大小为 qE，方向与电场强度 E 的方向及带电粒子所带电荷的性质有关电场力做功与路径无关，其数值除与带电粒子的电荷量有关外，还与其始末位置的电势差有关(3)重力的大小为 g，方向竖直向下重力做功与路径无关，其数值除与带电粒子的质量有关外，还与其始末位置的高度差有关注意：微观粒子(如电子、质子、离子) 一般都不计重力；对带电小球、液滴、金属块等实际的物体没有特殊交代时，应当考虑其重力；对未知名的、题中又未明确交代的
10、带电粒子，是否考虑其重力，则应根据题给的物理过程及隐含条具体分析后作出符合实际的决定4带电粒子在复合场中的运动的分析方法(1)当带电粒子在复合场中做匀速运动时，应根据平衡条列方程求解(2)当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，往往应用牛顿第二定律和平衡条列方程联立求解(3)当带电粒子在复合场中做非匀速曲线运动时，应选用动能定理或动量守恒定律列方程求解注意：如果涉及两个带电粒子的碰撞问题，要根据动量守恒定律列方程，再与其他方程联立求解由于带电粒子在复合场中的受力情况复杂，运动情况多变，往往出现临界问题，这时应以题目中的“恰好” 、 “最大”、 “最高”、 “至少” 等词语为突破口，挖掘隐含条，并
11、根据临界条列出辅助方程，再与其他方程联立求解热点、重点、难点一、根据带电粒子的运动轨迹进行分析推理图 48 例 1如图 48 所示，N 是一正点电荷产生的电场中的一条电场线一个带负电的粒子(不计重力)从 a 到 b 穿越这条电场线的轨迹如图中虚线所示下列结论正确的是()A带电粒子从 a 到 b 的过程中动能逐渐减小B 正点电荷一定位于点的左侧带电粒子在 a 点时具有的电势能大于在 b 点时具有的电势能： D带电粒子在 a 点的加速度大于在 b 点的加速度【解析】由做曲线运动的物体的受力特点知带负电的粒子受到的电场力指向曲线的内侧，故电场线 N 的方向为 N ，正点电荷位于N 的右侧，选项 B
12、错误；由 a、b 两点的位置关系知 b 点更靠近场电荷，故带电粒子在 a 点受到的库仑力小于在 b 点受到的库仑力，粒子在 b 点的加速度大，选项 D 错误；由上述电场力的方向知带电粒子由 a 运动到 b 的过程中电场力做正功，动能增大，电势能减小，故选项 A 错误、正确答案 【点评】本专题内容除了在高考中以常见的计算题形式出现外，有时候也以选择题形式出现，通过带电粒子在非匀强电场中(只受电场力)的运动轨迹分析电场力和能的特性是一种重要题型，解析这类问题时要注意以下三点：电场力一定沿电场线曲线的切线方向且一定指向轨迹曲线的内侧；电qUa bEbEa ；当电场线为曲线时，电荷的运动轨迹不会与之重
13、合二、带电粒子在电场中的加速与偏转图 49 例 2喷墨打印机的结构简图如图 49 所示，其中墨盒可以发出墨汁微滴，其半径约为 110 ，此微滴经过带电室时被带上负电，带电荷量的多少由计算机按字体笔画的高低位置输入信号加以控制带电后的微滴以一定的初速度进入偏转电场，带电微滴经过偏转电场发生偏转后打到纸上，显示出字体无信号输入时，墨汁微滴不带电，径直通过偏转板而注入回流槽流回墨盒偏转板长 16 ，两板间的距离为 00 ，偏转板的右端距纸 32 若墨汁微滴的质量为 1610 10 g，以 20 /s 的初速度垂直于电场方向进入偏转电场，两偏转板间的电压是 80103 V，其打到纸上的点距原射入方向的
14、距离是 20 求这个墨汁微滴通过带电室所带的电荷量的多少(不计空气阻力和重力，可以认为偏转电场只局限于平行板电容器的内部，忽略边缘电场的不均匀性)为了使纸上的字放大 10%，请你分析并提出一个可行的方法【解析】设墨汁微滴所带的电荷量为 q，它进入偏转电场后做类平抛运动，离开电场后做直线运动打到纸上，则距原入射方向的距离为：12at2 Ltan 又 aqUd ，tlv0，tan atv0解得：qUldv02(l2L)代入数据得：q121013 要将字体放大 10%，只要使增大为原的 11 倍，可采用的措施为将两偏转板间的电压增大到 88103 V，或将偏转板右端与纸的间距增大到 36 答案 12
15、1013 将两偏转板间的电压增大到 88103 V，或将偏转板右端与纸的间距增大到 36 【点评】本题也可直接根据推论公式(l2L)tan (l2L)qUldv02 进行计算和平抛运动问题一样，这类题型中偏转角度的正切表达式在解题中往往较为关键，且有 tan 2tan ( 为射出点的位移方向与入射方向的夹角)的特点同类拓展 1如图 410 甲所示，在真空中，有一半径为 R 的圆形区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外在磁场右侧有一对平行金属板和 N，两板间距为 R，板长为 2R，板间的中心线 12与磁场的圆心在同一直线上有一电荷量为 q、质量为的带正电的粒子以速度 v0 从圆周上的 a 点沿垂直于半径 1 并指向圆心的方向进入磁场，当从圆周上的 1 点水平飞出磁场时，给、N 两板加上如图410 乙所示的电压，最后粒子刚好以平行于 N 板的速度从 N 板的边缘飞出(不计粒子所受到的重力、两板正对面之间为匀强电场，边缘电场不计)图 410(1)求磁场的磁感应强度 B(2)求交变电压的周期 T 和电压 U0 的值(3)当 t T2 时，该粒子从、 N 板右侧沿板的中心线仍以速度 v0 射
