高考物理一輪復(fù)習(xí)方案 （高頻考點+熱點導(dǎo)練+歷年高考題）第8章 第4節(jié) 帶電粒子在復(fù)合場中的運動課件 新人教版

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1、第第4節(jié)節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中的運動帶電粒子在復(fù)合場中的運動考點考點1：帶電粒子在復(fù)合場中的直線運動：帶電粒子在復(fù)合場中的直線運動【例1】如圖844所示的虛線區(qū)域內(nèi)，充滿垂直于紙面向里的勻強磁場和豎直向下的勻強電場一帶電粒子a(不計重力)以一定的初速度由左邊界的O點射入磁場、電場區(qū)域，恰好沿直線由區(qū)域右邊界的O點(圖中未標(biāo)出)穿出若撤去該區(qū)域內(nèi)的磁場而保留電場不變，另一個同樣的粒子b(不計重力)仍以相同初速度由O點射入，從區(qū)域右邊界穿出，則粒子b()A穿出位置一定在O點下方B穿出位置一定在O點上方C運動時，在電場中的電勢能一定減小D在電場中運動時，動能一定減小圖844切入點：(1)質(zhì)點做直線運動

2、的條件；(2)動能定理【解析】a粒子要在電場、磁場的復(fù)合場區(qū)內(nèi)做直線運動，則該粒子一定做勻速直線運動，故對粒子a有：Bqv=Eq，即只要滿足E=Bv無論粒子帶正電還是負(fù)電，粒子都可以沿直線穿出復(fù)合場區(qū)，當(dāng)撤去磁場只保留電場時，粒子b由于電性不確定，故無法判斷從O點的上方或下方穿出，故AB錯誤；粒子b在穿過電場區(qū)的過程中必然受到電場力的作用而做類平拋的運動，電場力做正功，其電勢能減小，動能增大，故C項正確D項錯誤答案：C點評：(1)解決帶電粒子在復(fù)合場中的直線運動問題，核心是理解和運用物體做直線運動的條件：合外力為零(做勻速直線運動)或合外力方向與速度方向相同(做加速直線運動)、合外力方向與速度

3、方向相反(做減速直線運動) (2)洛倫磁力總是不做功考點考點2：帶電粒子在復(fù)合場中的勻速圓周運動：帶電粒子在復(fù)合場中的勻速圓周運動【例2】(2010安徽卷)如圖845(1)所示，寬度為d的豎直狹長區(qū)域內(nèi)(邊界為L1、L2)，存在垂直紙面向里的勻強磁場和豎直方向上的周期性變化的電場如圖845(2)所示，電場強度的大小為E0，E0表示電場方向豎直向上t=0時，一帶正電、質(zhì)量為m的微粒從左邊界上的N1點以水平速度v射入該區(qū)域，沿直線運動到Q點后，做一次完整的圓周運動，再沿直線運動到右邊界上的N2點Q為線段N1N2的中點，重力加速度為g.上述d、E0、m、v、g為已知量(1)求微粒所帶電荷量q和磁感應(yīng)

4、強度B的大小；(2)求電場變化的周期T；(3)改變寬度d，使微粒仍能按上述運動過程通過相應(yīng)寬度的區(qū)域，求T的最小值圖845切入點：受力分析后可推出微粒的直線運動一定是勻速直線運動 000012mgqEqvBmgqEmgqEEBv微粒做直線運動，則微粒做圓周運動，則 【 聯(lián)立得 解析】 112122121222222NQttdvtvqvBmRRvtdvttvgdvTttvg設(shè)微粒從運動到 的時間為 ，做圓周運動的周期為 ，則 聯(lián)立得； 電場變化的周期 21minmin2minmin23222(21)2dRvRgN QtvttTgvTttg若微粒能完成題述的運動過程，要求：聯(lián)立得：設(shè)段直線運動的最

5、短時間為，由得，因 不變， 的最小值 點評：帶電粒子在復(fù)合場中做勻速圓周運動，洛倫茲力恰好符合向心力的要求，所以，只要洛倫茲力以外的其他力的合力為零，洛倫茲力提供向心力，就能滿足帶電粒子在復(fù)合場中做勻速圓周運動的條件題型一：帶電粒子在復(fù)合場中的一般曲線運動題型一：帶電粒子在復(fù)合場中的一般曲線運動84637(1m)0.4kg100m/s()7BABCCDRMNBvBCC如圖，與水平面成傾斜軌道，其延長線在 點與半圓軌道軌道半徑相切，全部軌道為絕緣材料制成且放在豎直面內(nèi)整個空間存在水平向左的勻強電場，的右側(cè)存在垂直紙面向里的勻強磁場一個質(zhì)量為的帶電小球沿斜面下滑，至點時速度為，接【例著沿直線此處無

6、軌道勻速運動到達(dá) 處進(jìn)入半圓軌道，進(jìn)入時無動3】能損失，且剛好到達(dá)D點，從D點飛出時磁場消失，不計空氣阻力，g=10m/s2，cos37=0.8，求：(1)小球帶何種電荷(2)小球離開D點后的運動軌跡與直線AC的交點距C點的距離(3)小球在半圓軌道部分克服摩擦力所做的功圖846 12100m/s7 .CBBCBCCvvBCF小球在段做勻速直線運動，合力為零，可以確定小球帶正電荷依題意可知小球在間做勻速直線運動 在 點的速度為：在段其受力如圖所示，設(shè)重力和電場力合【】力為解析22/cos375N7200787100020CCDDDDFqv BFmgFqBvDDNvDBv qFmRqBvv 又解得

7、：小球恰好能到達(dá) 點，說明在 處，在 處由牛頓第二定律可得：將代入上式并化簡得： 2224/25/ ()8/12(2 )420.4 2s22.26m312()227.6JDDDffDCfvm svm sDaF mRmRRattaFxv tCDWWFRm vvW 解得舍去小球離開 點后做類平拋運動，其加速度為：由得：段克服摩擦力做功由動能定理可得：解得：點評：帶電粒子在復(fù)合場中的一般曲線運動問題屬于綜合性很強的應(yīng)用問題，解決這類問題的關(guān)鍵，一是要正確分析受力情況，特別要注意洛倫茲力的大小和方向會隨速度的大小和方向的變化而變化；二是要正確分析運動情況，特別要注意洛倫茲力隨速度變化后又要反過來引起運

8、動狀態(tài)的變化；三是要正確分析各個力的做功情況，特別要注意洛倫茲力在任何時候都不做功的特點題型二：應(yīng)用帶電粒子在復(fù)合場中運動的儀器題型二：應(yīng)用帶電粒子在復(fù)合場中運動的儀器【例4】(2010北京卷)利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件以及傳感器，廣泛應(yīng)用于測量和自動控制等領(lǐng)域圖847 847 a.HHHHHHHBabIcfcfEUEUUIBdIBURd 如圖，將一金屬或半導(dǎo)體薄片垂直置于磁場 中，在薄片的兩個側(cè)面 、 間通以電流 時，另外兩側(cè) 、 間產(chǎn)生電勢差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)其原因是薄片中的移動電荷受洛倫茲力的作用向一側(cè)偏轉(zhuǎn)和積累，于是 、 間建立起電場，同時產(chǎn)生霍爾電勢差當(dāng)電荷所受的電場力與洛倫茲力

9、處處相等時，和達(dá)到穩(wěn)定值，的大小與 和 以及霍爾元件厚度 之間滿足關(guān)系式，其中比例HR系數(shù)稱為霍爾系數(shù)，僅與材料性質(zhì)有關(guān) (1)設(shè)半導(dǎo)體薄片的寬度(c、f間距)為l，請寫出UH和EH的關(guān)系式；若半導(dǎo)體材料是電子導(dǎo)電的，請判斷圖8410(a)中c、f哪端的電勢高 (2)已知半導(dǎo)體薄片內(nèi)單位體積中導(dǎo)電的電子數(shù)為n，電子的電荷量為e，請導(dǎo)出霍爾系數(shù)RH的表達(dá)式(通過橫截面積S的電流I=nevS，其中v是導(dǎo)電電子定向移動的平均速率) (3)圖847(b)是霍爾測速儀的示意圖，將非磁性圓盤固定在轉(zhuǎn)軸上，圓盤的周邊等距離地嵌裝著m個永磁體，相鄰永磁體的極性相反霍爾元件置于被測圓盤的邊緣附近當(dāng)圓盤勻速轉(zhuǎn)動時

10、，霍爾元件輸出的電壓脈沖信號圖象如圖847(c)所示 若在時間t內(nèi)，霍爾元件輸出的脈沖數(shù)目為P，請導(dǎo)出圓盤轉(zhuǎn)速N的表達(dá)式 利用霍爾測速儀可以測量汽車行駛的里程除此之外，請你展開“智慧的翅膀”，提出另一個實例或設(shè)想 12HHHHHHHHHUE lcIBURdddRUE lIBIBeEevBEvB 端電勢高由 得： 當(dāng)電場力與洛倫茲力相等時得【解析】 13/HInevSddRvBlvlIBnevSnetPPmNtNP mt 又 將代入，得：由于在時間內(nèi)，霍爾元件輸出的脈沖數(shù)目為 ，則：圓盤轉(zhuǎn)速為提出的實例或設(shè)想合理即可點評：應(yīng)用帶電粒子在復(fù)合場中的運動的儀器這類問題，雖然物理情境各不相同，但是設(shè)計

11、原理都是一樣的，都是利用電場力和洛倫茲力的作用所以，運用相關(guān)物理規(guī)律，分析儀器的工作原理，明確工作過程，是解決這類問題的關(guān)鍵1.如圖848是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖帶電粒子被加速電場加速后，進(jìn)入速度選擇器速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為B和E.平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板S下方有強度為B0的勻強磁場下列表述正確的是( )圖848A質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具B速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外C能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于E/BD粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小答案：ABCB/DqEqvBPE BmvRvqBmRRq由加

12、速電場可見粒子所受電場力向下，即粒子帶正電，在速度選擇器中，電場力水平向右，洛倫茲力水平向左，因此速度選擇器中磁場方向垂直紙面向外， 正確；經(jīng)過速度選擇器時滿足，可知能通過的狹縫 的帶電粒子的速度等于，帶電粒子進(jìn)入磁場做勻速圓周運動則有，可見當(dāng) 相同時，所以可以用來區(qū)分同位素，且 越大，比荷就越小【析】，解錯誤2.醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時，利用電磁血流計來監(jiān)測通過動脈的血流速度電磁血流計由一對電極a和b以及磁極N和S構(gòu)成，磁極間的磁場是均勻的使用時，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖849所示由于血液中的正負(fù)離子隨血流一起在磁場中運動，電極a、b之間會有

13、微小電勢差在達(dá)到平衡時，血管內(nèi)部的電場可看做是勻強電場，血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零在某次監(jiān)測中，兩觸點的距離為3.0mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點間的電勢差為160V，磁感應(yīng)強度的大小為0.040T.則血流速度的近似值和電極a、b的正負(fù)為( )A1.3m/s，a正、b負(fù) B2.7m/s，a正、b負(fù)C1.3m/s，a負(fù)、b正 D2.7m/s，a負(fù)、b正圖849A63160 10m/s0.04 3 101.3m/s.abEUqEqvBvBBd 依據(jù)左手定則，正離子在磁場中受到洛倫茲力作用向上偏，負(fù)離子在磁場中受到洛倫茲力作用向下偏，因此電極 為正極、 為負(fù)極；當(dāng)穩(wěn)定時，血液中的離

14、子所受的電場力和洛倫茲力的合力為零，可得【解析】(1)判斷墨滴所帶電荷的種類，并求其電荷量；(2)求磁感應(yīng)強度B的值；(3)現(xiàn)保持噴口方向不變，使其豎直下移到兩板中間的位置為了使墨滴仍能到達(dá)下板M點，應(yīng)將磁感應(yīng)強度調(diào)至B，則B的大小為多少？4.(南京市2011屆第三次聯(lián)考)設(shè)空間存在豎直向下的勻強電場和垂直紙面向里的勻強磁場，如圖8411所示已知一離子在電場力和洛倫茲力的作用下，從靜止開始自A點沿曲線ACB運動，到達(dá)B點時速度為零，C點是運動的最低點，忽略重力，以下說法中正確的是( )A此離子必帶正電荷BA點和B點位于同一高度C離子在C點時速度最大D離子到達(dá)B點后，將沿原曲線返回A點圖8411

15、ABC【解析】忽略重力作用，離子開始時向下做加速運動，說明離子受到豎直向下的電場力作用，所以該離子帶正電，A正確離子有速度后就受到洛倫茲力作用，洛倫茲力方向始終垂直于速度方向，它改變離子的運動方向，離子從A點沿曲線ACB運動，洛倫茲力不做功電場力做功與路徑無關(guān)而與起點和終點有關(guān)，由動能定理可知，離子在C點的動能達(dá)到最大，之后運動到B點時速度為零，然后又開始重復(fù)前一次運動正確選項為A、B、C.5.(2011年海南五校)如圖8412所示，勻強磁場的方向豎直向下磁場中有光滑的水平桌面，在桌面上平放著內(nèi)壁光滑、底部有帶電小球的試管試管在水平拉力F作用下向右勻速運動，帶電小球能從管口處飛出關(guān)于帶電小球及其在離開試管前的運動，下列說法中正確的是( )A小球帶正電B洛倫茲力對小球做正功C小球運動的軌跡是一條拋物線D維持試管勻速運動的拉力F應(yīng)保持恒定 圖8412AC【解析】小球能從管口離開，說明其帶正電；洛倫茲力不做功；沿拉力F的方向小球受力平衡，勻速運動，管口方向：F洛=qvB為恒力，其運動為類平拋運動，對試管和小球整體，在拉力F的方向上，應(yīng)有F=qvB(v為球沿試管方向的速度)，v均勻增大，則F均勻增大圖8413