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

第第4節(jié)節(jié)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)考點(diǎn)1：帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)：帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)【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(qiáng)磁場(chǎng)和豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)一帶電粒子a(不計(jì)重力)以一定的初速度由左邊界的O點(diǎn)射入磁場(chǎng)、電場(chǎng)區(qū)域，恰好沿直線由區(qū)域右邊界的O點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)穿出若撤去該區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)而保留電場(chǎng)不變，另一個(gè)同樣的粒子b(不計(jì)重力)仍以相同初速度由O點(diǎn)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(diǎn)下方B穿出位置一定在O點(diǎn)上方C運(yùn)動(dòng)時(shí)，在電場(chǎng)中的電勢(shì)能一定減小D在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)能一定減小圖844切入點(diǎn)：(1)質(zhì)點(diǎn)做直線運(yùn)動(dòng)的條件；(2)動(dòng)能定理【解析】a粒子要在電場(chǎng)、磁場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)區(qū)內(nèi)做直線運(yùn)動(dòng)，則該粒子一定做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故對(duì)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(chǎng)區(qū)，當(dāng)撤去磁場(chǎng)只保留電場(chǎng)時(shí)，粒子b由于電性不確定，故無法判斷從O點(diǎn)的上方或下方穿出，故AB錯(cuò)誤；粒子b在穿過電場(chǎng)區(qū)的過程中必然受到電場(chǎng)力的作用而做類平拋的運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力做正功，其電勢(shì)能減小，動(dòng)能增大，故C項(xiàng)正確D項(xiàng)錯(cuò)誤答案：C點(diǎn)評(píng)：(1)解決帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)問題，核心是理解和運(yùn)用物體做直線運(yùn)動(dòng)的條件：合外力為零(做勻速直線運(yùn)動(dòng))或合外力方向與速度方向相同(做加速直線運(yùn)動(dòng))、合外力方向與速度方向相反(做減速直線運(yùn)動(dòng)) (2)洛倫磁力總是不做功考點(diǎn)考點(diǎn)2：帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)：帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)【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(qiáng)磁場(chǎng)和豎直方向上的周期性變化的電場(chǎng)如圖845(2)所示，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E0，E0表示電場(chǎng)方向豎直向上t=0時(shí)，一帶正電、質(zhì)量為m的微粒從左邊界上的N1點(diǎn)以水平速度v射入該區(qū)域，沿直線運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)后，做一次完整的圓周運(yùn)動(dòng)，再沿直線運(yùn)動(dòng)到右邊界上的N2點(diǎn)Q為線段N1N2的中點(diǎn)，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)強(qiáng)度B的大小；(2)求電場(chǎng)變化的周期T；(3)改變寬度d，使微粒仍能按上述運(yùn)動(dòng)過程通過相應(yīng)寬度的區(qū)域，求T的最小值圖845切入點(diǎn)：受力分析后可推出微粒的直線運(yùn)動(dòng)一定是勻速直線運(yùn)動(dòng) 000012mgqEqvBmgqEmgqEEBv微粒做直線運(yùn)動(dòng)，則微粒做圓周運(yùn)動(dòng)，則 【 聯(lián)立得 解析】 112122121222222NQttdvtvqvBmRRvtdvttvgdvTttvg設(shè)微粒從運(yùn)動(dòng)到 的時(shí)間為 ，做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為 ，則 聯(lián)立得； 電場(chǎng)變化的周期 21minmin2minmin23222(21)2dRvRgN QtvttTgvTttg若微粒能完成題述的運(yùn)動(dòng)過程，要求：聯(lián)立得：設(shè)段直線運(yùn)動(dòng)的最短時(shí)間為，由得，因 不變， 的最小值 點(diǎn)評(píng)：帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件題型一：帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的一般曲線運(yùn)動(dòng)題型一：帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的一般曲線運(yùn)動(dòng)84637(1m)0.4kg100m/s()7BABCCDRMNBvBCC如圖，與水平面成傾斜軌道，其延長線在 點(diǎn)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(gè)空間存在水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)，的右側(cè)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)一個(gè)質(zhì)量為的帶電小球沿斜面下滑，至點(diǎn)時(shí)速度為，接【例著沿直線此處無軌道勻速運(yùn)動(dòng)到達(dá) 處進(jìn)入半圓軌道，進(jìn)入時(shí)無動(dòng)3】能損失，且剛好到達(dá)D點(diǎn)，從D點(diǎn)飛出時(shí)磁場(chǎng)消失，不計(jì)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(diǎn)后的運(yùn)動(dòng)軌跡與直線AC的交點(diǎn)距C點(diǎn)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(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng) 在 點(diǎn)的速度為：在段其受力如圖所示，設(shè)重力和電場(chǎng)力合【】力為解析22/cos375N7200787100020CCDDDDFqv BFmgFqBvDDNvDBv qFmRqBvv 又解得：小球恰好能到達(dá) 點(diǎn)，說明在 處，在 處由牛頓第二定律可得：將代入上式并化簡(jiǎn)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(diǎn)后做類平拋運(yùn)動(dòng)，其加速度為：由得：段克服摩擦力做功由動(dòng)能定理可得：解得：點(diǎn)評(píng)：帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的一般曲線運(yùn)動(dòng)問題屬于綜合性很強(qiáng)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(huì)隨速度的大小和方向的變化而變化；二是要正確分析運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化；三是要正確分析各個(gè)力的做功情況，特別要注意洛倫茲力在任何時(shí)候都不做功的特點(diǎn)題型二：應(yīng)用帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的儀器題型二：應(yīng)用帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)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(cè)量和自動(dòng)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(chǎng) 中，在薄片的兩個(gè)側(cè)面 、 間通以電流 時(shí)，另外兩側(cè) 、 間產(chǎn)生電勢(shì)差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)其原因是薄片中的移動(dòng)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(chǎng)，同時(shí)產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差當(dāng)電荷所受的電場(chǎng)力與洛倫茲力處處相等時(shí)，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(qǐng)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(qǐng)判斷圖8410(a)中c、f哪端的電勢(shì)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(qǐng)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(dòng)的平均速率) (3)圖847(b)是霍爾測(cè)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(gè)永磁體，相鄰永磁體的極性相反霍爾元件置于被測(cè)圓盤的邊緣附近當(dāng)圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，霍爾元件輸出的電壓脈沖信號(hào)圖象如圖847(c)所示 若在時(shí)間t內(nèi)，霍爾元件輸出的脈沖數(shù)目為P，請(qǐng)導(dǎo)出圓盤轉(zhuǎn)速N的表達(dá)式 利用霍爾測(cè)速儀可以測(cè)量汽車行駛的里程除此之外，請(qǐng)你展開“智慧的翅膀”，提出另一個(gè)實(shí)例或設(shè)想 12HHHHHHHHHUE lcIBURdddRUE lIBIBeEevBEvB 端電勢(shì)高由 得： 當(dāng)電場(chǎng)力與洛倫茲力相等時(shí)得【解析】 13/HInevSddRvBlvlIBnevSnetPPmNtNP mt 又 將代入，得：由于在時(shí)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(shí)例或設(shè)想合理即可點(diǎn)評(píng)：應(yīng)用帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的儀器這類問題，雖然物理情境各不相同，但是設(shè)計(jì)原理都是一樣的，都是利用電場(chǎng)力和洛倫茲力的作用所以，運(yùn)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(chǎng)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(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)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(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(chǎng)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由加速電場(chǎng)可見粒子所受電場(chǎng)力向下，即粒子帶正電，在速度選擇器中，電場(chǎng)力水平向右，洛倫茲力水平向左，因此速度選擇器中磁場(chǎng)方向垂直紙面向外， 正確；經(jīng)過速度選擇器時(shí)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(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)則有，可見當(dāng) 相同時(shí)，所以可以用來區(qū)分同位素，且 越大，比荷就越小【析】，解錯(cuò)誤2.醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時(shí)，利用電磁血流計(jì)來監(jiān)測(cè)通過動(dòng)脈的血流速度電磁血流計(jì)由一對(duì)電極a和b以及磁極N和S構(gòu)成，磁極間的磁場(chǎng)是均勻的使用時(shí)，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點(diǎn)的連線、磁場(chǎng)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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，電極a、b之間會(huì)有微小電勢(shì)差在達(dá)到平衡時(shí)，血管內(nèi)部的電場(chǎng)可看做是勻強(qiáng)電場(chǎng)，血液中的離子所受的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的合力為零在某次監(jiān)測(cè)中，兩觸點(diǎn)的距離為3.0mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點(diǎn)間的電勢(shì)差為160V，磁感應(yīng)強(qiáng)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(chǎng)中受到洛倫茲力作用向上偏，負(fù)離子在磁場(chǎng)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(shí)，血液中的離子所受的電場(chǎng)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(qiáng)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(diǎn)，應(yīng)將磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖8411所示已知一離子在電場(chǎng)力和洛倫茲力的作用下，從靜止開始自A點(diǎn)沿曲線ACB運(yùn)動(dòng)，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度為零，C點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn)，忽略重力，以下說法中正確的是( )A此離子必帶正電荷BA點(diǎn)和B點(diǎn)位于同一高度C離子在C點(diǎn)時(shí)速度最大D離子到達(dá)B點(diǎn)后，將沿原曲線返回A點(diǎn)圖8411ABC【解析】忽略重力作用，離子開始時(shí)向下做加速運(yùn)動(dòng)，說明離子受到豎直向下的電場(chǎng)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(yùn)動(dòng)方向，離子從A點(diǎn)沿曲線ACB運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力不做功電場(chǎng)力做功與路徑無關(guān)而與起點(diǎn)和終點(diǎn)有關(guān)，由動(dòng)能定理可知，離子在C點(diǎn)的動(dòng)能達(dá)到最大，之后運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度為零，然后又開始重復(fù)前一次運(yùn)動(dòng)正確選項(xiàng)為A、B、C.5.(2011年海南五校)如圖8412所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向豎直向下磁場(chǎng)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(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)，下列說法中正確的是( )A小球帶正電B洛倫茲力對(duì)小球做正功C小球運(yùn)動(dòng)的軌跡是一條拋物線D維持試管勻速運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，管口方向：F洛=qvB為恒力，其運(yùn)動(dòng)為類平拋運(yùn)動(dòng)，對(duì)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