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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng) 一、專題分析： 本專題綜合起來講就三個(gè)方面的問題：帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)；帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)；帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)（或組合場(chǎng)）中的運(yùn)動(dòng)。幾乎成為歷年高考的必考內(nèi)容，且多以多過程的綜合計(jì)算題為主，分值較高，能夠突出高考的命題要求，即以能力測(cè)試為主導(dǎo)，考查學(xué)生對(duì)所學(xué)相關(guān)課程基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能的掌握程度和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析解決問題的能力；涉及的實(shí)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(jī)、電磁流量計(jì)等。無論粒子是在簡(jiǎn)單情景中運(yùn)動(dòng)還是在復(fù)雜情景中運(yùn)動(dòng)，都是把場(chǎng)的性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、功能關(guān)系、動(dòng)量守恒定律有機(jī)地聯(lián)系在一起

2、，因而綜合性較強(qiáng)，能力要求較高。 二、高考考情分析及命題趨勢(shì)： 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(duì)不同的方面，2020年高考計(jì)算題仍然會(huì)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(chǎng)或者磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)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(shí)解決實(shí)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(qiáng)學(xué)生對(duì)這一專題思想認(rèn)識(shí)：讓學(xué)生認(rèn)識(shí)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(shí)到我一定要把這一個(gè)專題攻克的地步，學(xué)生就會(huì)有意識(shí)的去發(fā)現(xiàn)、去尋找自己在這一個(gè)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(duì)問題較大的題型進(jìn)行反復(fù)加強(qiáng)訓(xùn)練同時(shí)始終注意書寫的規(guī)范性和易錯(cuò)點(diǎn)： 如：（1）．在解決帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，正確分析帶電粒子的受力情況及運(yùn)動(dòng)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(shí)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(chǎng)中求帶電粒子的速度運(yùn)用動(dòng)能定理qΔU=ΔEk時(shí)要注意ΔU是指入射點(diǎn)和出射點(diǎn)之間的電勢(shì)差，而不一定就是兩極板間的電勢(shì)差； （3）在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中求帶電粒子的側(cè)移時(shí)要注意數(shù)學(xué)知識(shí)的靈活運(yùn)用，不少同學(xué)在運(yùn)用相似三角形求解往往將對(duì)應(yīng)邊寫錯(cuò)。 方法：（1）牢牢抓住帶電粒子作直線運(yùn)動(dòng)的條件 （2）利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和平衡條件建立方程 例1、有個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，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(dòng)?，F(xiàn)取以下簡(jiǎn)化模型進(jìn)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(dòng)勢(shì)為ε、內(nèi)阻可不計(jì)的電源相連。設(shè)兩板之間只有一個(gè)質(zhì)量為m的導(dǎo)電小球，小球可視為質(zhì)點(diǎn)。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(hào)與該極板相同，電量為極板電量的α倍（α<<1）。不計(jì)帶電小球?qū)O板間勻強(qiáng)電場(chǎng)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(yùn)動(dòng)，電動(dòng)勢(shì)ε至少應(yīng)大于多少？ （2）設(shè)上述條件已滿足，在較長(zhǎng)的時(shí)間間隔T內(nèi)小球做了很多次往返運(yùn)動(dòng)。求在T時(shí)間內(nèi)小球往返運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，小球所受的向上的電場(chǎng)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(shí)間為（t1+t2），故小球在T時(shí)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(shí)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(yùn)動(dòng)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(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小為E。在其它象限中存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里。

7、A是y軸上的一點(diǎn)，它到坐標(biāo)原點(diǎn)O的距離為h；C是x軸上的一點(diǎn)，到O的距離為l。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負(fù)電的粒子以某一初速度沿x軸方向從A點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)區(qū)域，繼而通過C點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域，并再次通過A點(diǎn)。此時(shí)速度方向與y軸正方向成銳角。不計(jì)重力作用。試求：⑴粒子經(jīng)過C點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向；⑵磁感應(yīng)強(qiáng)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(diǎn)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(dá)式得最后結(jié)果。） 難 三、帶電粒子的類平拋運(yùn)動(dòng)或一般曲線運(yùn)動(dòng) 方法：（1）運(yùn)動(dòng)的合成和分解的方法分

8、析運(yùn)動(dòng)情況 （2）用能量的觀點(diǎn)建立方程求解 21.（2020年北京）靜電透鏡是利用靜電場(chǎng)使電子束會(huì)聚或發(fā)散的一種裝置，其中某部分靜電場(chǎng)的分布如下圖所示。虛線表示這個(gè)靜電場(chǎng)在xOy平面內(nèi)的一簇等勢(shì)線，等勢(shì)線形狀相對(duì)于Ox軸、Oy軸對(duì)稱。等勢(shì)線的電勢(shì)沿x軸正向增加，且相鄰兩等勢(shì)線的電勢(shì)差相等。一個(gè)電子經(jīng)過P點(diǎn)（其橫坐標(biāo)為－x0）時(shí)，速度與Ox軸平行。適當(dāng)控制實(shí)驗(yàn)條件，使該電子通過電場(chǎng)區(qū)域時(shí)僅在Ox軸上方運(yùn)動(dòng)。在通過電場(chǎng)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(rèn)真處理物理過程間的銜接點(diǎn) （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(diǎn)O為原點(diǎn)，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(qiáng)磁場(chǎng)，兩區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B。在O點(diǎn)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(chǎng)，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(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為2∶5，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為7T/12，其中T為該粒子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中作圓周運(yùn)動(dòng)的周期。試求兩個(gè)熒光屏上亮線的范圍

10、（不計(jì)重力的影響）。 y軸范圍：0-2a；x軸范圍：2a- 難 五、聯(lián)系實(shí)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(jī)、電磁流量計(jì)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(duì)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(qiáng)磁場(chǎng).對(duì)稱于OH軸的C和D分別是離子發(fā)射點(diǎn)和收集點(diǎn).CM垂直磁場(chǎng)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(jìn)入磁場(chǎng)，其軌道半徑和在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間； （3）線段CM的長(zhǎng)度. .解： （1） 設(shè)沿CM方向運(yùn)動(dòng)的離子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R 由　 R=d 得B＝ 磁場(chǎng)方向垂直紙面向外 （2） 方法二： 離子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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