2020高考物理 月刊專版 專題09 交變電流和電磁感應(yīng)帶電粒子的運動專題復(fù)習(xí)

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1、交變電流和電磁感應(yīng)帶電粒子的運動 一、專題分析： 本專題綜合起來講就三個方面的問題：帶電粒子在電場中的運動；帶電粒子在磁場中的運動；帶電粒子在復(fù)合場（或組合場）中的運動。幾乎成為歷年高考的必考內(nèi)容，且多以多過程的綜合計算題為主，分值較高，能夠突出高考的命題要求，即以能力測試為主導(dǎo)，考查學(xué)生對所學(xué)相關(guān)課程基礎(chǔ)知識、基本技能的掌握程度和綜合運用所學(xué)知識分析解決問題的能力；涉及的實際應(yīng)用問題較多，，如示波器、質(zhì)譜儀、速度選擇器、回旋加速器、磁流體發(fā)電機、電磁流量計等。無論粒子是在簡單情景中運動還是在復(fù)雜情景中運動，都是把場的性質(zhì)、運動學(xué)知識、牛頓運動定律、功能關(guān)系、動量守恒定律有機地聯(lián)系在一起

2、，因而綜合性較強，能力要求較高。 二、高考考情分析及命題趨勢： 專題問題中所涉及的情景有很多相似之處，高考命題只是從不同的角度、不同的條件或者不斷變化題設(shè)的情景切入，甚至是陳題翻新，連續(xù)幾年雖然每年都在考，但還是針對不同的方面，2020年高考計算題仍然會延續(xù)這種思路，有以下可能性帶電粒子在周期性變化的電場或者磁場中的運動是近幾年高考中不曾涉及的，但這類問題的綜合程度高，很容易和生活生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)聯(lián)系起來，通過這類問題可以考查考生分析綜合能力以及利用所學(xué)知識解決實際問題的能力。 三、過程： 二輪復(fù)習(xí)中，由于這一專題在高考中地位非常重要特別是要想考好大學(xué)的學(xué)生，所以在復(fù)習(xí)中我們將做好以下工

3、作。 1、 加強學(xué)生對這一專題思想認識：讓學(xué)生認識到這一專題連續(xù)幾年都在考，而且所占分值還是非常高的，幾乎占到了六分之一。要想理綜考好這一專題起到了決定性的作用，讓學(xué)生自己意識到我一定要把這一個專題攻克的地步，學(xué)生就會有意識的去發(fā)現(xiàn)、去尋找自己在這一個方面還有哪些問題。 2、 老師通過訓(xùn)練題幫助學(xué)生提高閱讀分析題意的能力，采用排查的方法對問題較大的題型進行反復(fù)加強訓(xùn)練同時始終注意書寫的規(guī)范性和易錯點： 如：（1）．在解決帶電粒子在復(fù)合場中的運動問題時，正確分析帶電粒子的受力情況及運動特征是解題的前提，靈活選用力學(xué)規(guī)律是解題的關(guān)鍵。解決這類題時一定要注意臨界條件的挖掘：如“恰好”、“最大”

4、、“最多”、“至少”……等關(guān)鍵詞，往往是解題的突破口。 （2）在加速電場中求帶電粒子的速度運用動能定理qΔU=ΔEk時要注意ΔU是指入射點和出射點之間的電勢差，而不一定就是兩極板間的電勢差； （3）在偏轉(zhuǎn)電場中求帶電粒子的側(cè)移時要注意數(shù)學(xué)知識的靈活運用，不少同學(xué)在運用相似三角形求解往往將對應(yīng)邊寫錯。 方法：（1）牢牢抓住帶電粒子作直線運動的條件 （2）利用牛頓運動定律和平衡條件建立方程 例1、有個演示實驗，在上下面都是金屬板的玻璃盒內(nèi)，放入了許多用錫箔紙揉成的小球，當(dāng)上下板間加上電壓后，小球就上下不停地跳動?，F(xiàn)取以下簡化模型進行定量研究。 如圖所示，電容量為C的平行板電容器的極板A

5、和B水平放置，相距為d，與電動勢為ε、內(nèi)阻可不計的電源相連。設(shè)兩板之間只有一個質(zhì)量為m的導(dǎo)電小球，小球可視為質(zhì)點。已知：若小球與極板發(fā)生碰撞，則碰撞后小球的速度立即變?yōu)榱?，帶電狀態(tài)也立即改變，改變后，小球所帶電荷符號與該極板相同，電量為極板電量的α倍（α<<1）。不計帶電小球?qū)O板間勻強電場的影響。重力加速度為g。 （1）欲使小球能夠不斷地在兩板間上下往返運動，電動勢ε至少應(yīng)大于多少？ （2）設(shè)上述條件已滿足，在較長的時間間隔T內(nèi)小球做了很多次往返運動。求在T時間內(nèi)小球往返運動的次數(shù)以及通過電源的總電量。 解：（1）用Q表示極板電荷量的大小，q表示碰后小球電荷量的大小。要使小球能

6、不停地往返運動，小球所受的向上的電場力至少應(yīng)大于重力，即 ① 其中 ② 又有 ③ ⑧ 小球往返一次共用的時間為（t1+t2），故小球在T時間內(nèi)往返的次數(shù) ⑨ 由以上有關(guān)各式得 ⑩ 小球往返一次通過電源的電量為，在T時間內(nèi)通過電源的總電量 Q’=2qn ⑾ 由⑩⑾式可得 ⑿ 二、帶電粒子的勻速圓周運動問題 方法：（1）受力分析弄清向心力的來源 （2）確定圓心畫出軌跡確定物理過程 例2、如圖所示，在坐標(biāo)系Oxy的第一象限中存在沿y軸正方向的勻強電場，場強大小為E。在其它象限中存在勻強磁場，磁場方向垂直于紙面向里。

7、A是y軸上的一點，它到坐標(biāo)原點O的距離為h；C是x軸上的一點，到O的距離為l。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負電的粒子以某一初速度沿x軸方向從A點進入電場區(qū)域，繼而通過C點進入磁場區(qū)域，并再次通過A點。此時速度方向與y軸正方向成銳角。不計重力作用。試求：⑴粒子經(jīng)過C點時速度的大小和方向；⑵磁感應(yīng)強度的大小B。 ⑴ ⑵（提示：如圖所示，設(shè)軌跡圓半徑為R，圓心為P，設(shè)C點速度與x軸成α，PA與y軸成β，則，Rcosβ=Rcosα+h，Rsinβ=l-Rsinα。由以上三式得，再由和v的表達式得最后結(jié)果。） 難 三、帶電粒子的類平拋運動或一般曲線運動 方法：（1）運動的合成和分解的方法分

8、析運動情況 （2）用能量的觀點建立方程求解 21.（2020年北京）靜電透鏡是利用靜電場使電子束會聚或發(fā)散的一種裝置，其中某部分靜電場的分布如下圖所示。虛線表示這個靜電場在xOy平面內(nèi)的一簇等勢線，等勢線形狀相對于Ox軸、Oy軸對稱。等勢線的電勢沿x軸正向增加，且相鄰兩等勢線的電勢差相等。一個電子經(jīng)過P點（其橫坐標(biāo)為－x0）時，速度與Ox軸平行。適當(dāng)控制實驗條件，使該電子通過電場區(qū)域時僅在Ox軸上方運動。在通過電場區(qū)域過程中，該電子沿y方向的分速度vy隨方法：（1）分析物理過程是解決問題的前提 （2）認真處理物理過程間的銜接點 （3）畫出臨界軌跡非常必要 例3、兩平面熒光屏互相垂直放

9、置，在兩屏內(nèi)分別取垂直于兩屏交線的直線為x軸和y軸，交點O為原點，如圖所示。在y>0，00， x>a的區(qū)域由垂直于紙面向外的勻強磁場，兩區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強度大小均為B。在O點處有一小孔，一束質(zhì)量為m、帶電量為q（q>0）的粒子沿x軸經(jīng)小孔射入磁場，最后打在豎直和水平熒光屏上，使熒光屏發(fā)亮。入射粒子的速度可取從零到某一最大值之間的各種數(shù)值。已知速度最大的粒子在0a的區(qū)域中運動的時間之比為2∶5，在磁場中運動的總時間為7T/12，其中T為該粒子在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中作圓周運動的周期。試求兩個熒光屏上亮線的范圍

10、（不計重力的影響）。 y軸范圍：0-2a；x軸范圍：2a- 難 五、聯(lián)系實際的技術(shù)應(yīng)用問題 方法：（1）示波器、質(zhì)譜儀、速度選擇器、回旋加速器、磁流體發(fā)電機、電磁流量計等 （2）結(jié)合具體問題，建立物理模型求解 例4、為一種質(zhì)譜儀工作原理示意圖.在以O(shè)為圓心，OH為對稱軸，夾角為2α的扇形區(qū)域內(nèi)分布著方向垂直于紙面的勻強磁場.對稱于OH軸的C和D分別是離子發(fā)射點和收集點.CM垂直磁場左邊界于M，且OM=d.現(xiàn)有一正離子束以小發(fā)散角（紙面內(nèi)）從C射出，（2）離子沿與CM成θ角的直線CN進入磁場，其軌道半徑和在磁場中的運動時間； （3）線段CM的長度. .解： （1） 設(shè)沿CM方向運動的離子在磁場中做圓周運動的軌道半徑為R 由　 R=d 得B＝ 磁場方向垂直紙面向外 （2） 方法二： 離子在磁場中做勻速圓周運動的周期T＝ t=Ｔ× = (3) 　方法一： CM=MNcotθ = Ｒ′= 以上3式聯(lián)立求解得 CM=dcot 方法二： 設(shè)圓心為A，過A做AB垂直NO， 可以證明NM＝BO ∵NM=CMtanθ 又∵BO=ABcot=R′sinθcot= ∴CM=dcot