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1、1,带电粒子在复合场中的运动,专题八,2,近几年高考试题中,涉及本讲内容的频度极高，特别是计算题，题目难度大，涉及面广.试题多把电场和磁场的性质、运动学规律、牛顿运动定律、圆周运动规律、功能关系揉合在一起.主要考查考生的空间想象能力、分析综合能力以及运用数学知识解决物理问题的能力. 以考查考生综合分析和解决复杂问题的能力.,考情预测与分析,3,2009年高考理综(物理)试题对本部分考查的情况如下表：,全国卷,考查内容,分值,26.计算题.粒子在磁场中运动,全国卷,浙江卷,19选择题.带电粒子在电场中的运动,25.静电场和磁场结合带电粒子偏转运动问题,21分,6分,22分,4,电场,带 电 粒
2、子,受 力 分 析,合外力为0时，粒子静止或做匀速直线运动,合外力与运动方向相同或相反，粒子将做直线运动,合外力大小恒定，充当向心力时，粒子做匀速圆周运动,合外力的大小和方向均不变，且与初速度方向成一夹角时，带电粒子做抛体运动,合外力的大小、方向随时间或空间变化时，要分段分解处理，化复杂问题为多个简单问题的组合,磁场,重力,考点知识结构,5,带电粒子在复合场中的直线运动,质量为m，电荷量为+q的小球以初速度 与水平 方向成角斜向上射出，如果在空间加上一定大小的匀强电 场和匀强磁场后，能保证小球沿 方向做匀减速直线运动， 试求所加匀强电场的最小值和匀强磁场的方向，加了这两个 场后，经多长时间速度
3、变为零?,6,2如图所示，在一正交的电场和磁场中，一带电荷量为q、质量为m的金属块沿倾角为的粗糙绝缘斜面由静止开始下滑已知电场强度为E，方向竖直向下；磁感应强度为B，方向垂直纸面向里；斜面的高度为h金属块滑到斜面底端时恰好离开斜面，设此时的速度为v，则( )A金属块从斜面顶端滑到底端的过程中，做的是加速度逐渐减小的加速运动B金属块从斜面顶端滑到底端的过程中，机械能增加了qEhC金属块从斜面顶 端滑 到 底 端的 过 程中， 机械能增加了 mv2mghD金属块离开斜面后将做匀速圆周运动,答案 C,7,带电粒子在复合场中的抛体运动,如图5-2-4所示，在竖直平面的xOy坐标系内，Oy 表示竖直向上
4、方向.该平面内存在x轴正向的匀强电场.一个带电 小球从坐标原点沿Oy方向竖直向上抛出，初动能为4J，不计空 气阻力.它达到的最高点位置如图中M(3,2)点.求：(1)小球在M点时的动能E1；(2)小球落回落到x轴上的N点时，N点的坐标位置；(3)小球到达N点时的动能E2.,图5-2-4,考点二,8,9,在平面直角坐标 系xOy中，第象限存在沿y轴负方向的匀强 电场，第象限存在垂直于坐标平面向外的匀 强磁场，磁感应强度为B.一质量为m、电荷量 为q的带正电的粒子从y轴正半轴上的M点以速 度v0垂直于y轴射入电场，经x轴上的N点与x 轴正方向成60角射入磁场，最后从y轴负半轴上的P点垂直于y轴射出
5、磁场，如图67所示.不计粒子重力，求：,(1)M、N两点间的电势差UMN； (2)粒子在磁场中运动的轨道半径r； (3)粒子从M点运动到P点的总时间t.,例三,10,11,12,带电粒子在组合场中运动类题目，属于多过程、多知识点的综合问题，解决该类问题的关键要准确分析研究对象在不同阶段的受力情况和运动情况，明确运动速度、洛伦兹力、正压力和摩擦力之间的相互影响关系，恰当选择有关规律列方程进行求解.,13,14,15,16,4如图所示，在第象限内有水平向右的匀强电场，电场强度为E，在第、象限内分别存在如图所示的匀强磁场，磁感应强度大小相等有一个带电粒子以垂直于x轴的初速度v0从x轴上的P点进入匀强
6、电场中，并且恰好与y轴的正方向成45角进入磁场，又恰好垂直进入第象限的磁场已知OP之间的距离为d，则带电粒子在磁场中第二次经过x轴时，在电场和磁场中运动的总时间为多少？,17,18,在地面附近的真空中，存在着竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的磁场，磁场随时间的变化情况如图甲所示.该区域中有一条水平直线MN，D是MN上的一点.在t0时刻，有一个质量为m、电荷量为q的小球(可看做质点)，从M点开始沿着水平方向以速度v0做匀速直线运动，t0时刻恰好到达N点，如图乙所示.经过观测发现，小球在t2t0至t3t0时间内的某一时刻，又竖直向下经过直线MN上的D点.求：(t0未知),(1)电场强度E的大小；
7、(2)小球从M点进入该区域到第二次经过D点所用的时间.,19,思路点拨 在没有磁场的时间内，小球做匀速直线运动，合力为零，而在有磁场的时间内，小球所受的合力为洛伦兹力，做匀速圆周运动，要保证小球竖直向下通过D点，t0与粒子做圆周运动的周期T间必有一定的关系.,20,解析 (1)小球从M到N做匀速直线运动，根据平衡条件可得：qEmg解得E . (2)如图611所示，由题意可知，小球从M点到达N点所用时间 t1t0小球到达N点时，空间加上磁场，小球受到的合外力就是洛伦兹力，因此小球从N点开始做匀速圆周运动.根据题意，小球 从沿水平方向经过N点，变成沿竖直方向经过D点，需要 经过 个圆周到达P.所以
8、做圆周运动的时间是t2t0,21,22,(1)带电粒子在复合场中做直线运动时，要判断是否为匀速直线运动，如果有洛伦兹力存在的直线运动，一般为匀速直线运动.(2)带电粒子在复合场中的匀速圆周运动，往往是除洛伦兹力以外，其他力的合力为零的情况，这时要注意挖掘潜在条件.,23,3.如图612所示，直线PO与x轴成45角，x轴上方有水平向右的匀强电场E1，下方有竖直向下的匀强电场E2，已知电场强度E1E210 N/C，x轴下方还存在着垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度B10 T.现有一质量m1.0105 kg的带电 粒子，带电荷量q1.0105 C.粒子由P点无初速度释放，POd0.14 m(重力加
9、速度g10 m/s2).求：(1)粒子刚进入磁场区域时的速度v；(2)粒子第一次在磁场中运动的时间t和位移的大小.,24,解析：粒子在两个电场中所受的电 场力大小相同，为 FqE1qE21.0104 N. 粒子所受的重力为 Gmg1.0104 N 可见在两个电场中粒子所受电场力 大小均等于重力大小.,25,(1)在x轴上方的电场中，粒子沿PO做初速度为0的匀加速直线运动 合外力大小为,合外力方向：tan ，45，即合外力与场强方向的夹角为45，粒子将从原点O进入x轴下方的复合场中. 加速度a 粒子刚进入x轴下方复合场时的速度为 v 2 m/s.,26,(2)在x轴下方的复合场中，因为粒子所受的
10、重力和电场力平衡，所以粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其周期 T 0.628 s 由对称性可知，粒子在磁场中运动四分之三周期，所用时间为t3T/40.47 s 粒子在磁场中做圆周运动的半径为 r 0.2 m 粒子离开磁场时速度方向为与x轴成45角，则粒子在磁场中运动的位移为 L 0.28 m.,答案：(1)2 m/s (2)0.47 s 0.28 m,27,28,磁流体发电技术是目前世界上正在研究的新兴技术.如图613所示是磁流体发电机示意图，发电管道部分长为l、高为h、宽为d.前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极.两个电极与负载电阻R相连.整个管道放在匀强磁场中，磁感
11、应强度大小为B，方向垂直前后侧面向后.现有平均电阻率为的电离气体持续稳定地向右流经管道.实际情况较复杂，为了使问题简化，设管道中各点流速相同，电离气体所受摩擦阻力与流速成正比，无磁场时电离气体的恒定流速为v0，有磁场时电离气体的恒定流速为v.,(1)求流过电阻R的电流的大小和方向；(2)为保证持续正常发电，无论有无磁场存在，都对管道两端电离气体施加附加压强，使管道两端维持一个水平向右的恒定压强差p，求p的大小； (3)求这台磁流体发电机的发电效率.,29,思路点拨 解答本题时应注意把握以下几点：(1)磁流体发电机的电动势为不接用电器时两板的电势差.(2)电源内阻的表达式.(3)管道两端电离气体
12、的压力差与摩擦阻力等大反向.,30,解析 (1)电离气体在磁场中运动时，由左手定则知，上极带正电，下极带负电，所以电流由M经过R到N.电离气体在磁场和电场作用下平衡有 Bqv电动势EBhv内电阻r根据欧姆定律I 解得I(2)已知摩擦力与流速成正比，设比例系数为k，取管道内全部气体为研究对象，根据力的平衡，无磁场时phdkv0 有磁场时phdkvBIh 解得p,31,(3)输入功率P入phdv 电源功率PEI 发电效率1 .,32,速度选择器、电磁流量计、磁流体发电机及霍尔效应都是应用了电场力与洛伦兹力平衡，即BvqEq .,33,4.(2009宁夏高考)医生做某些特 殊手术时， 利用电磁血流计
13、来监 测通过动脉的血流速 度.电磁血流 计由一对电极a和b以及磁极N 和 S构成，磁极间的磁场是均匀的. 使用 时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的 连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图614所示.由 于血液中的正、负离子随血液一起在磁场中运动，电极 a、b之间会有微小电势差.在达到平衡时，血管内部的电场可看做是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零.在某次监测中 ，两触点的距离为3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 V，磁感应强度的大小为0.040 T.则血流速度的近似值和电极a、b的正负为 ( ) A.1.3 m/s，a正、b负 B.2.7 m/s，a正、b负 C.1.3 m/s，a负、b正 D.2.7 m/s，a负、b正,答案：A,
