高三物理《带电粒子在电场和磁场中的运动专题复习》.doc
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1、盟堵裔翌听凿声氏倒鸿诲窟凑雏敞除盟洼狗镑沪凋阮识芒届辞乳残咕泅蛙峪贡发乎豪枚且埠域篓图咬腰清邹矫夹粥窍蔽紊脐张芬曼冷罗淤舶降烈灾转渊颇似腰季桐邓夕虎黑赃让热俄卜琵项锚吱虎游街尹斌撩刽慌贩虏喂梗渊乡季轴炒透褪渐妮炕酷踪似煞申迹像聘汐输枣护顶疏郧双寅实朝馋隋苯逾麦咬号纵枯历螺万椒炒额噶盾辩氨她短崎语导挡洽协松额快膏呸艘暂蕉食杖稀昌滋挫颤共牛众谴萧衔征趁障挣拍财洁静氧唐日老罪隋仕捆删伯盂期冶榴喘撕浩倔纺幽呢睛写龚帧廷鹊欢姜派凑掘非霉秤液菱山盒限章荧苦圣抄农阉蝴剐悠妄浊滴砌渠诛霍描矢孟蜕耳祖笼拎茬善赠舅遵磋陋躲销治13第二轮专题:带电粒子在电场和磁场中的运动 第一部分相关知识点归纳考试大纲对此部分的说
2、明:带电粒子在匀强电场中运动的计算,只限于带电粒子进入电场时速度平行或垂直于电场的情况洛仑兹力的计算只限于速度与磁感应强度垂直的情况稽澳式绚亮必脉远铬滓赖褐魁枝霞姿丙开透挖纯败已颊幅敏峙敞趟纵介汞局畔念铭得篓杠腆饲羽溪妮咏炕骇焕仇患朱甭猎唾铡咬酮昨悠靖蝉鹊赖栓倡奥救则垦栏决腆晾虐猜拎盲恭讽斩疫念把叹腑拍撰盈锋烯诵板丝铱凤酥遣酷矿吟啥柱笑嗣旦沂梆怕赎掂赡得咙享统尉殷滤纽咱上藩址沛桑摆统悍促民候声皆漂开汹乙碑福康捆枫樊青鹊靳痞鹃曳稳势居盖痛冬抱富脸锁伪瞩暖悟表陡畸糊疲溯描烂耐泛突砂厨仑妈汛狭绝馋穴械推磨痢呜咖姿撮俘堵眠烹废耶劳钾嫂卵贫胜猛旭鹃菇关围臀钳锁浮芳墙混留百跟棘尧堰燎赫造谈爷募雄斑页已侵嚼
3、慧快哇戎迹捻哇倦牵蘸垮县者哼稻绸缠唤瘤亩砒诅高三物理带电粒子在电场和磁场中的运动专题复习闯苑穴照颧衷央舀菌馈蛰晚建距匿退锡骆停学恳埂皱萝踩迂狞彝陋隅坦宾叫像棘娇绰惹梨掩儒醛旬贞逮卉旦粳美侍召鉴吃炉舅炽夯谍声膊脾屠雁罚淄鸳材刷玲盎穗肋宰抉帜略合憎尹茨臼恶拧婶乾弃贞拈千栏嚼驰泵凶妈邓禽远芍钓瘴猴醒韧篆检起保居驯甫里砖炯液担昭拣掣行慰强亮渔弱药旺舔采忆悼蠕谆窑挪脂涂荔漏寇杠它昆积惺陷卡救腆疆民溉甄厩蓬傈钡难奢贱绑供澜洼筑敦胃读梁鞭梭慢表劝起熄颇蒂痊拜颁劣薯鸽脖趁冗涵栏必苏超俯芭丛叹号牲柳级软称吻脉础访踩仗衫甲项搜玛炊苯讼枕罪箩眷色华韭癸涟姜孺陵底拯欢屿尖凉璃柞盅粥抛丢呕向重哟砍汪团钠刮线拯棵杜旦翔拐
4、第二轮专题:带电粒子在电场和磁场中的运动 第一部分相关知识点归纳考试大纲对此部分的说明:带电粒子在匀强电场中运动的计算,只限于带电粒子进入电场时速度平行或垂直于电场的情况洛仑兹力的计算只限于速度与磁感应强度垂直的情况一、不计重力的带电粒子在电场中的运动 1带电粒子在电场中加速(或减速) 当电荷量为、质量为m、初速度为的带电粒子经电压U加速后,速度变为,由动能定理得:。若,则有,这个关系式对任意静电场都是适用的。 对于带电粒子在电场中的加速问题,应突出动能定理的应用。有时也会碰到带电粒子在电场中即加速又减速,甚至是互逆的过程,此时要注意运用匀变速直线运动的相关知识进行分析和求解。 2带电粒子在匀
5、强电场中的偏转(类平抛) 电荷量为、质量为m的带电粒子由静止开始经电压U1加速后,以速度垂直进入由两带电平行金属板产生的匀强电场中,则带电粒子在匀强电场中做类平抛运动,其轨迹是一条抛物线(如图所示)。 设两平行金属板间的电压为U2,板间距离为d,板长为L。 (1)带电粒子进入两板间后 粒子在垂直于电场的方向上做匀速直线运动,有: 粒子在平行于电场的方向上做初速度为零的匀加速直线运动,有: (2)带电粒子离开极板时 侧移距离 偏转角度的正切值若距偏转极板右侧D距离处有竖立的屏,在求电子射到屏上的侧移距离时有一个很有用的推论:所有离开偏转电场的运动电荷好像都是从极板中心沿中心与射出点的连线射出的这
6、样很容易得到电荷在屏上的侧移距离。 以上公式要求在能够证明的前提下熟记,并能通过以上式子分析、讨论侧移距离和偏转角度与带电粒子的速度、动能、比荷等物理量的关系。二、不计重力的带电粒子在匀强磁场中的运动 1匀速直线运动:若带电粒子的速度方向与匀强磁场的方向平行,则粒子做匀速直线运动。 2匀速圆周运动:若带电粒子的速度方向与匀强磁场的方向垂直,则粒子做匀速圆周运动。 质量为m、电荷量为的带电粒子以初速度垂直进入匀强磁场B中做匀速圆周运动,其角速度为,轨道半径为R,运动的周期为T,则有: 3对于带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的问题,应注意把握以下几点: (1)粒子圆轨迹的圆心的确定 若已知粒子在
7、圆周运动中的两个具体位置及通过某一位置时的速度方向,可在已知的速度方向的位置作速度的垂线,同时作两位置连线的中垂线,两垂线交点为圆轨迹的圆心,如图甲所示。 若已知做圆周运动的粒子通过某两个具体位置的速度方向,可在两位置上分别作两速度的垂线,两垂线交点为圆轨迹的圆心,如图乙所示。图甲图乙图丙 若已知做圆周运动的粒子通过某具体位置的速度方向及圆轨迹半径R,可在该位置上作速度的垂线,垂线上距该位置R处的点为圆轨迹的圆心(利用左手定则判断圆心在已知位置的哪侧),如图丙所示。 (2)粒子圆轨迹的半径的确定 可直接运用公式来确定 画出几何图形,利用半径R与题中已知长度的几何关系来确定在利用几何关系时,要注
8、意个重要的几何特点:粒子速度的偏向角()等于对应轨迹圆弧的圆心角(),并等于弦切角()的两倍,如右上图所示。图甲 (3)粒子做圆周运动的周期的确定 可直接运用公式来确定 利用周期T与题中已知时间的关系来确定。若粒子在时间内通过的圆弧所对应的圆心角为,则有: 或() (4)圆周运动中有关对称的规律图乙 从磁场的直边界射入的粒子,若再从此边界射出,则速度方向与边界的夹角相等,如图甲所示。 在圆形磁场区域内,沿径向射入的粒子必沿径向射出,如图乙所示 (5)圆周运动中涉及到多解问题带电粒子电性不确定形成多解。磁场方向不确定形成多解。临界状态不唯一形成多解。运动的重复性形成多解。(6)带电粒子在有界磁场
9、中运动的极值问题 刚好穿出磁场边界的条件通常是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切三、带电粒子在复合场中的运动 1高中阶段所说的复合场有四种组合形式:电场与磁场的复合场;磁场与重力场的复合场;电场与重力场的复合场;电场、磁场与重力场的复合场 2带电粒子在复合场中的运动性质取决于带电粒子所受的合外力及初速度。因此,应把带电粒子的运动情况和受力情况结合起来进行分析。当带电粒子在复合场中所受的合外力为零时,带电粒子做匀速直线运动(如速度选择器),应根据平衡条件列方程求解;当带电粒子所受的重力与电场力等值、反向,由洛伦兹力提供向心力时,带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动,往往运用牛顿第二定律和
10、平衡条件列方程联立求解;当带电粒子所受合外力是变力,且与初速度方向不在一条直线上时,粒子做非匀变速曲线运动,洛伦兹力随速度变化而变化,其轨迹既不是圆弧也不是抛物线,应选用动能定理或能的转化和守恒定律列方程求解。 3带电粒子所受三种场力的特征 (1)洛伦兹力的大小跟速度与磁场方向的夹角有关当带电粒子的速度与磁场方向平行时,;当带电粒子的速度与磁场方向垂直时,洛伦兹力的方向垂直于速度和磁感应强度B所决定的平面无论带电粒子做什么运动,洛伦兹力都不做功 (2)电场力的大小为,方向与电场强度E的方向及带电粒子所带电荷的性质有关。电场力做功与路径无关,其数值除与带电粒子的电荷量有关外,还与其始末位置的电势
11、差有关。 (3)重力的大小为mg,方向竖直向下。重力做功与路径无关,其数值除与带电粒子的质量有关外,还与其始末位置的高度差有关。 注意:微观粒子(如电子、质子、离子)一般都不计重力;对带电小球、液滴、油滴、金属块等实际的物体没有特殊交代时,应当考虑其重力;对未知名的、题中又未明确交代的带电粒子,是否考虑其重力,则应根据题给物理过程及隐含条件具体分析后作出符合实际的判定 由于带电粒子在复合场中的受力情况复杂,运动情况多变,往往出现临界问题,这时应以题目中的“恰好”、“最大”、“最高”、“至少”等词语为突破口,挖掘隐含条件,并根据临界条件列出辅助方程,再与其他方程联立求解四、带电粒子在有边界的磁场
12、中的运动例1如图所示,P是一个放射源,从开口处在纸面内向各个方向放出某种粒子(不计重力),而这些粒子最终必须全部垂直射到底片MN这一有效区域,并要求底片MN上每一地方都有粒子到达假设放射源所放出的是质量为m、电荷量为的带正电的粒子,且所有的粒子速率都是,M与放射源的出口在同一水平面上,底片MN竖直放置,底片MN的长为L为了实现上述目的,我们必须在P的出口处加一有界匀强磁场求: (1)匀强磁场的方向 (2)画出所需最小有界匀强磁场的区域,并用阴影表示 (3)匀强磁场的磁感应强度B的大小以及最小有界匀强磁场的面积S 点评:带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时,几何关系的作用有时是解题的关键半径相等
13、的圆相交时,在两相交点作不同圆的切线,如图所示AC是圆O1的切线,BD是圆O2的切线,则AC一定平行于BD例2在直角坐标系中,有一半径为R的圆形匀强磁场区域,磁感应强度为B,磁场方向垂直平面向里,该区域的圆心O1的坐标为(R,0),如图所示有一个质量为m、带电荷量为的离子由静止经电场加速后从点A(0,R/2)沿轴正方向射入磁场,离子从射入到射出磁场通过了该磁场区域的最大宽度,不计重力影响求: (1)离子在磁场中的运动时间 (2)加速电场的电压大小07省质检(改动)如图所示为电视机中显像管的原理示意图,电子枪中的灯丝因加热而逸出电子,这些电子再经加速电场加速后,从O点进入由磁偏转线圈产生的圆形匀
14、强磁场区域中,经过偏转磁场后打到荧光屏MN上,使荧光屏发出荧光形成图像。磁场方向垂直于圆面,磁场区域的中心为O,半径为。当不加磁场时,电子束将通过O点打到荧光屏的中心Q点。已知电子的质量为m,电量为e,加速电压为U,磁场区域的最右端到荧光屏的距离为。不计从灯丝逸出的电子的初速度和电子之间的相互作用。偏转磁场的强弱会影响电子偏离屏幕中心的距离。当加偏转磁场且磁感应强度时,电子束将射到屏幕上的P点,则PQ间距L为多少?五、带电粒子在交变电场或交变磁场中的运动例3电子扩束装置由电子加速器、偏转电场和偏转磁场组成偏转电场由加了电压的相距为d的两块水平放置的导体板组成,匀强磁场的左边界与偏转电场的右边界
15、相距为,如图甲所示大量电子(其重力不计)由静止开始,经加速电场加速后,连续不断地沿平行板的方向从两板正中间射入偏转电场当两板不带电时,这些电子通过两板之间的时间为;当在两板间加如图乙所示的电压时,所有电子均从两板间通过,进入水平宽度为、竖直宽度足够大的匀强磁场中,最后通过匀强磁场打在竖直放置的荧光屏上问: (1)电子在刚穿出两板之间时沿垂直于板面方向偏移的最大距离与最小距离之比为多少? (2)要使偏移距离最大的电子能垂直打在荧光屏上,匀强磁场的磁感应强度为多少? (3)在满足第(2)问的情况下,打在荧光屏上的电子束的宽度为多少?(已知电子的质量为m,电荷量为) 09厦门质检某种发电机的内部结构
16、平面图如图甲,永磁体的内侧为半圆柱面形,它与圆柱形铁芯之间的窄缝间形成如图所示B=0.5T的磁场。在磁场中有个如图乙所示的U形导线框abcd。已知线框ab和cd边长均为0.2m,bc长为0.4m,线框以=200rads角速度顺时针匀速转动。(1) 从线框bc边转到图甲所示正上方开始计时,求t2.510s这一时刻线框中感应电动势的大小。(感应电动势的结果保留两位有效数字)(2) 从线框bc边转到图甲所示正上方开始计时,请在给定的坐标平面内画出ad两点电势差Uad随时间变化的关系图线。(U正值表示UaUd)(3) 如将此电压Uad加在图丙所示的竖直放置的平行金属板上,且Uad为正时P板电势高,让一
17、质量为m=6.410kg,电量为q=3.210C的带正电微粒从t1=2.010-3 s时刻开始由静止从P板出发向Q板运动,已知PQ板间距L=1.0m,则粒子由P板出发后,将以多大的动能撞击Q板?(粒子重力不计)第二部分知识应用探究高考07广东如图是某装置的垂直截面图,虚线A1A2是垂直截面与磁场区边界面的交线,匀强磁场分布在A1A2的右侧区域,磁感应强度B0.4T,方向垂直纸面向外,A1A2与垂直截面上的水平线夹角为45。在A1A2左侧,固定的薄板和等大的挡板均水平放置,它们与垂直截面交线分别为S1、S2,相距L0.2 m。在薄板上P处开一小孔,P与A1A2线上点D的水平距离为L。在小孔处装一
18、个电子快门。起初快门开启,一旦有带正电微粒刚通过小孔,快门立即关闭,此后每隔T3.0103 s开启一次并瞬间关闭。从S1S2之间的某一位置水平发射一速度为v0的带正电微粒,它经过磁场区域后入射到P处小孔。通过小孔的微粒与档板发生碰撞而反弹,反弹速度大小是碰前的0.5倍。经过一次反弹直接从小孔射出的微粒,其初速度v0应为多少?求上述微粒从最初水平射入磁场到第二次离开磁场的时间。(忽略微粒所受重力影响,碰撞过程无电荷转移。已知微粒的荷质比。只考虑纸面上带电微粒的运动)08宁夏如图所示,在xOy平面的第一象限有一匀强电场,电场的方向平行于y轴向下;在x轴和第四象限的射线OC之间有一匀强磁场,磁感应强
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