備考高考物理一輪金牌訓(xùn)練 第一部分 專題三 第2講 帶電粒子在電場、磁場中的運(yùn)動課件

第第2 2講講帶電粒子在電場、磁場中的運(yùn)動帶電粒子在電場、磁場中的運(yùn)動1(2010 年廣東卷)如圖 321 甲所示，左為某同學(xué)設(shè)想的粒子速度選擇裝置，由水平轉(zhuǎn)軸及兩個薄盤 N1、N2 構(gòu)成，兩盤面平行且與轉(zhuǎn)軸垂直，相距為 L，盤上各開一狹縫，兩狹縫夾角可調(diào)(如圖乙)；右為水平放置的 長 為 d 的 感 光板，板的正上方有一勻強(qiáng)磁場，方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B.一小束速度不同、帶正電的粒子沿水平方向射入N1，能通過 N2 的粒子經(jīng) O 點垂直進(jìn)入磁場O 到感光板的圖 321(1)若兩狹縫平行且盤靜止(如圖丙)，某一粒子進(jìn)入磁場后，豎直向下打在感光板中心點 M 上，求該粒子在磁場中運(yùn)動的時間 t；(2)若兩狹縫夾角為0，盤勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動方向如圖乙要使穿過 N1、N2 的粒子均打到感光板 P1P2 連線上，試分析盤轉(zhuǎn)動角速度的取值范圍(設(shè)通過 N1的所有粒子在盤旋轉(zhuǎn)一圈的時間內(nèi)都能到達(dá) N2)圖 14圖 322(1)速度的大??；(2)速度方向與 y 軸正方向夾角的正弦圖 15圖 323(1) 粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的半徑 R 及粒子的比荷q/m；(2)此時刻仍在磁場中的粒子的初速度方向與 y 軸正方向夾角的取值范圍；(3)從粒子發(fā)射到全部粒子離開磁場所用的時間對于所有此時仍在磁場中的粒子，其初速度與 y 軸正方向所成的夾角應(yīng)滿足廣東省高考題中，2009 年考了帶電體在電場中的運(yùn)動(與功能關(guān)系結(jié)合)，2010 年考了帶電粒子在磁場中的運(yùn)動，2011年考了帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動，所以 2012 年高考出題方向極容易再考查帶電粒子只在電場中或者只在磁場中的運(yùn)動此講是高考的熱點，一般出現(xiàn)在最后一個計算題中作為壓軸題，一般結(jié)合勻變速運(yùn)動、圓周運(yùn)動、功能關(guān)系，出現(xiàn)綜合度較高的計算題，而且還考查運(yùn)用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力帶電粒子在周期性變化的電場中運(yùn)動【例 1】如圖 324 甲所示，真空中相距 d5 cm 的兩塊平行金屬板 A、B 與電源連接(圖中未畫出)，其中 B 板接地(電勢為零)，A 板電勢變化的規(guī)律如圖乙所示圖 324帶電粒子在周期性變化的電場中運(yùn)動，一般是勻變速運(yùn)動如果是直線運(yùn)動，則是加速運(yùn)動和減速運(yùn)動的交替，要注意板的寬度與帶電粒子在加速和減速交替運(yùn)動的距離關(guān)系這種題一般適合用運(yùn)動學(xué)公式來求解，要搞清楚在題目規(guī)定的條件下帶電粒子在各個階段的位移和末速度1(雙選)如圖 325 甲所示，A 板的電勢 UA0，)B板的電勢 UB隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示則(圖 325A若電子是在 t0 時刻從 A 板小孔進(jìn)入的，它將在 AB板間做往返運(yùn)動B若電子是在 tT/8 時刻進(jìn)入的，它可能時而向 B 板運(yùn)動，時而向 A 板運(yùn)動，最后打在 B 板上C若電子是在 t3T/8 時刻進(jìn)入的，它可能時而向 B 板運(yùn)動，時而向 A 板運(yùn)動，最后打在 B 板上D若電子是在 tT/4 時刻進(jìn)入的，它可能時而向 B 板、時而向 A 板運(yùn)動答案：BD帶電粒子在電場中的碰撞和能量守恒【例 2】(2010 年安徽卷)如圖 326 所示，ABD 為豎直平面內(nèi)的光滑絕緣軌道，其中 AB 段是水平的，BD 段為半徑 R0.2 m 的半圓，兩段軌道相切于 B 點，整個軌道處在豎直向下的勻強(qiáng)電場中，場強(qiáng)大小 E5.0103 V/m.一不帶電的絕緣小球甲，以速度 v0 沿水平軌道向右運(yùn)動，與靜止在 B 點帶正電的小球乙發(fā)生彈性碰撞已知甲、乙兩球的質(zhì)量均為 m 1.0102.01025kg ，乙所帶電荷量 q C，g 取 10 m/s2.(水平軌道足夠長，甲、乙兩球可視為質(zhì)點，整個運(yùn)動過程無電荷轉(zhuǎn)移)圖 326(1)甲乙兩球碰撞后，乙恰能通過軌道的最高點 D，求乙在軌道上的首次落點到 B 點的距離；(2)在滿足(1)的條件下求甲的速度 v0；(3)若甲仍以速度 v0 向右運(yùn)動，增大甲的質(zhì)量，保持乙的質(zhì)量不變，求乙在軌道上的首次落點到 B 點的距離范圍 答題規(guī)范解：(1)在乙恰好能通過軌道的最高點的情況下，設(shè)乙到達(dá)最高點的速度為 vD，乙離開 D 點達(dá)到水平軌道的時間為 t，乙的落點到 B 點的距離為 x，則2如圖 327 所示，相距為 d 的平行金屬板 A、B 豎直放置，在兩板之間水平放置一絕緣平板有一質(zhì)量為 m、電荷量為 q(q0)的小物塊在與金屬板 A 相距 l 處靜止若某一時刻在金圖 327(1)小物塊與金屬板 A 碰撞前瞬間的速度大小是多少？(2) 小物塊碰撞后經(jīng)過多長時間停止運(yùn)動？停在何位置？帶電粒子在多個電場中的加速和偏轉(zhuǎn)問題【例 3】如圖 328 所示，水平放置的兩平行金屬板，板長 L010 cm，兩極板間距 d2 cm，一束電子以 v04107 m/s 的初速度從兩板中央水平射入板間，然后從板間飛出射到距離板 L45 cm、寬 D20 cm 的熒光屏上(不計重力，熒光屏中點在兩板間的中央線上，電子質(zhì)量為 0.9110-30 kg，電荷量 e1.610-19 C)求：圖 328(1)若電子飛入兩板前，是從靜止開始經(jīng)歷了加速電場的加速，則該電場的電壓為多大？(2)為了使帶電粒子能射中熒光屏所有的位置，兩板間所加的電壓應(yīng)取什么范圍？一般帶電粒子在電場中的加速直線運(yùn)動可用動能定理來求加速電壓、加速后的速度等相關(guān)物理量；粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)是類平拋運(yùn)動，可以用平拋運(yùn)動的分解運(yùn)動的方法來解，最后從偏轉(zhuǎn)電場出去打在屏幕上的運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動，在分析時可以把最后的勻速運(yùn)動分解到兩個方向來解決問題(類似小船過河的問題)3如圖 329 所示是示波管的原理示意圖從燈絲發(fā)射出來的電子經(jīng)電壓為 U1 的電場加速后，通過加速極板 A 上的小孔O1 射出，沿中心線 O1O2 進(jìn)入 MN 間的偏轉(zhuǎn)電場，O1O2 與偏轉(zhuǎn)電場方向垂直，偏轉(zhuǎn)電場的電壓為 U2，經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電場的右端 P1 點離開偏轉(zhuǎn)電場，然后打在垂直 O1O2 放置的熒光屏上的 P2 點已知平行金屬極板 MN 間的距離為 d，極板長度為 L，極板的右端與熒光屏之間的距離為 L. 不計電子之間的相互作用力及其所受的重力，且電子離開燈絲的初速度可忽略不計(電子的質(zhì)量為 m，電量為 e)求：圖 329(1)電子通過小孔 O1 時的速度大小 v0；(2)電子通過 P1 點時偏離中心線 O1O2 的距離 y；(3)若 O1O2 的延長線交于熒光屏上 O3 點，而 P2 點到 O3點的距離稱為偏轉(zhuǎn)距離 Y(單位偏轉(zhuǎn)電壓引起的偏轉(zhuǎn)距離，即Y/U2 稱為示波管的靈敏度)，求該示波管的靈敏度圖 18帶電粒子在多個磁場中的偏轉(zhuǎn)【例 4 】(2011 年新課標(biāo)卷) 如圖 3 2 10 所示，在區(qū)域(0 xd)和區(qū)域(d0、0 x0、xa 的區(qū)域有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場，兩區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(q0)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 0 xa 的區(qū)域中運(yùn)動的時間之比為 2 5，在磁場中運(yùn)動的總時間為 7T/12，其中T 為該粒子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動的周期試求兩個熒光屏上亮線的范圍(不計重力的影響)圖 3211速度最大的粒子的軌跡如圖 19 中實線所示，它由兩段圓弧組成，圓心分別為C和C，C在y 軸上，由對稱性可知C在 x2a 直線上圖 19設(shè)t1 為粒子在 0 xa的區(qū)域中運(yùn)動的時間，由題意可知