2022届高三物理大一轮复习-第8章-第3节-带电粒子在复合场中的运动-教学讲义-.docx
《2022届高三物理大一轮复习-第8章-第3节-带电粒子在复合场中的运动-教学讲义-.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2022届高三物理大一轮复习-第8章-第3节-带电粒子在复合场中的运动-教学讲义-.docx(9页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第三节带电粒子在复合场中的运动同学用书P165一、带电粒子在复合场中的运动1复合场的分类(1)叠加场:电场、磁场、重力场共存,或其中某两场共存(2)组合场:电场与磁场各位于确定的区域内,并不重叠或在同一区域,电场、磁场交替毁灭2带电粒子在复合场中的运动分类(1)静止或匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力为零时,将处于静止状态或做匀速直线运动(2)匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小相等、方向相反时,带电粒子在洛伦兹力的作用下,在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动(3)非匀变速曲线运动当带电粒子所受的合外力的大小和方向均变化,且与初速度方向不在同一条直线上时,粒子做非匀变速曲线运
2、动,这时粒子运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线1.(单选)(2021江西七校联考)在竖直放置的光滑绝缘圆环上,套有一个带电荷量为q、质量为m的小环,整个装置放在如图所示的正交电磁场中,电场强度E.当小环从大环顶无初速度下滑时,在滑过多少弧度时所受洛伦兹力最大()A.B.C. D答案:C二、带电粒子在复合场中运动的应用实例1质谱仪(1)构造:如图所示,由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成(2)原理:粒子由静止在加速电场中被加速,依据动能定理可得关系式qUmv2.粒子在磁场中受洛伦兹力偏转,做匀速圆周运动,依据牛顿其次定律得关系式qvBm.由以上两式可得出需要争辩的物理量,如粒子轨道半径、粒
3、子质量、比荷r ,m,.2回旋加速器(1)构造:如图所示,D1、D2是半圆形金属盒,D形盒的缝隙处接沟通电源D形盒处于匀强磁场中(2)原理:沟通电的周期和粒子做圆周运动的周期相等,粒子经电场加速,经磁场回旋,由qvB,得Ekm,可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径r打算,与加速电压无关3速度选择器(如图所示)(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B相互垂直这种装置能把具有确定速度的粒子选择出来,所以叫做速度选择器(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qEqvB,即v.4磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术,它可以把内能直接转化为电能(2)依据左手定则,如图中的B是发
4、电机正极(3)磁流体发电机两极板间的距离为L,等离子体速度为v,磁场的磁感应强度为B,则由qEqqvB得两极板间能达到的最大电势差UBLv.5电磁流量计工作原理:如图所示,圆形导管直径为d,用非磁性材料制成,导电液体在管中向左流淌,导电液体中的自由电荷(正、负离子),在洛伦兹力的作用下横向偏转,a、b间毁灭电势差,形成电场,当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时,a、b间的电势差就保持稳定,即:qvBqEq,所以v,因此液体流量QSv.2.(单选)如图所示是质谱仪的工作原理示意图,带电粒子被加速电场加速后,进入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让
5、粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场下列表述错误的是()A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面对外C能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越小答案:D考点一带电粒子在叠加场中的运动 同学用书P1661带电粒子在叠加场中无约束状况下的运动状况分类(1)磁场力、重力并存若重力和洛伦兹力平衡,则带电体做匀速直线运动若重力和洛伦兹力不平衡,则带电体将做简洁的曲线运动,因洛伦兹力不做功,故机械能守恒,由此可求解问题(2)电场力、磁场力并存(不计重力的微观粒子)若电场力和洛伦兹力平衡,则带
6、电体做匀速直线运动若电场力和洛伦兹力不平衡,则带电体将做简洁的曲线运动,因洛伦兹力不做功,可用动能定理求解问题(3)电场力、磁场力、重力并存若三力平衡,确定做匀速直线运动若重力与电场力平衡,确定做匀速圆周运动若合力不为零且与速度方向不垂直,将做简洁的曲线运动,因洛伦兹力不做功,可用能量守恒或动能定理求解问题2带电粒子在叠加场中有约束状况下的运动带电体在复合场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的状况下,除受场力外,还受弹力、摩擦力作用,常见的运动形式有直线运动和圆周运动,此时解题要通过受力分析明确变力、恒力做功状况,并留意洛伦兹力不做功的特点,运用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求出结果(2
7、022高考四川卷)如图所示,水平放置的不带电的平行金属板p和b相距h,与图示电路相连,金属板厚度不计,忽视边缘效应p板上表面光滑,涂有绝缘层,其上O点右侧相距h处有小孔K;b板上有小孔T,且O、T在同一条竖直线上,图示平面为竖直平面质量为m、电荷量为q(q0)的静止粒子被放射装置(图中未画出)从O点放射,沿p板上表面运动时间t后到达K孔,不与板碰撞地进入两板之间粒子视为质点,在图示平面内运动,电荷量保持不变,不计空气阻力,重力加速度大小为g.(1)求放射装置对粒子做的功;(2)电路中的直流电源内阻为r,开关S接“1”位置时,进入板间的粒子落在b板上的A点,A点与过K孔竖直线的距离为l.此后将开
8、关S接“2”位置,求阻值为R的电阻中的电流强度;(3)若选用恰当直流电源,电路中开关S接“1”位置,使进入板间的粒子受力平衡,此时在板间某区域加上方向垂直于图面的、磁感应强度大小合适的匀强磁场(磁感应强度B只能在0Bm范围内选取),使粒子恰好从b板的T孔飞出,求粒子飞出时速度方向与b板板面的夹角的全部可能值(可用反三角函数表示)审题点睛(1)粒子从O到K做什么运动?放射装置对粒子做的功与粒子的动能有何关系?(2)第(2)问中,粒子在两板间受哪些力?做什么运动?(3)第(3)问中,电场力与重力平衡,再加上合适的磁场,粒子做什么运动?离开磁场区域后,粒子做什么运动?要使粒子能通过T孔,离开磁场时的
9、速度方向应满足什么条件?解析(1)设粒子在p板上做匀速直线运动的速度为v0,有hv0t设放射装置对粒子做的功为W,由动能定理得Wmv联立式可得W.(2)S接“1”位置时,电源的电动势E0与板间电势差U相等,有E0U板间产生匀强电场的场强为E,粒子进入板间时有水平方向的速度v0,在板间受到竖直方向的重力和电场力作用而做类平抛运动,设加速度为a,运动时间为t1,有UEhmgqEmahatlv0t1S接“2”位置,则在电阻R上流过的电流I满足I联立式得I.(3)由题意知此时在板间运动的粒子重力与电场力平衡,当粒子从K进入板间后马上进入磁场做匀速圆周运动,如图所示,粒子从D点出磁场区域后沿DT做匀速直
10、线运动,DT与b板上表面的夹角为题目所求夹角,磁场的磁感应强度B取最大值时的夹角为最大值m,设粒子做匀速圆周运动的半径为R,有qv0B过D点作b板的垂线与b板的上表面交于G,由几何关系有hR(1cos )hRsin tan 联立式,将BBm代入,求得marcsin 当B渐渐减小,粒子做匀速圆周运动的半径R也随之变大,D点向b板靠近,DT与b板上表面的夹角也越变越小,当D点无限接近于b板上表面时,粒子离开磁场后在板间几乎沿着b板上表面运动而从T孔飞出板间区域,此时BmB0满足题目要求,夹角趋近0,即00则题目所求夹角为0arcsin .答案(1)(2)(3)00表示电场方向竖直向上t0时,一带正
11、电、质量为m的微粒从左边界上的N1点以水平速度v射入该区域,沿直线运动到Q点后,做一次完整的圆周运动,再沿直线运动到右边界上的N2点Q为线段N1N2的中点,重力加速度为g.上述d、E0、m、v、g为已知量(1)求微粒所带电荷量q和磁感应强度B的大小;(2)求电场变化的周期T;(3)转变宽度d,使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域,求T的最小值审题点睛(1)N1Q段的直线运动分析:受力平衡(2)圆周运动分析:重力与电场力平衡、洛伦兹力供应向心力(3)直线运动的时间圆周运动的时间周期(4)磁场宽度的临界值:d2R.该得的分一分不丢!(1)微粒做直线运动,则mgqE0qvB(2分)微粒做圆周运
12、动,则mgqE0(2分)联立得q(1分)B.(1分)(2)设微粒 从N1运动到Q的时间为t1,做圆周运动的周期为t2,则vt1(1分)qvBm(2分)2Rvt2(1分)联立得t1;t2(2分)电场变化的周期Tt1t2.(1分)(3)若微粒能完成题述的运动过程,要求d2R(1分)联立得R(1分)设在N1Q段直线运动的最短时间为t1min,由得t1min,(1分)因t2不变,T的最小值Tmint1mint2.(1分)答案(1)(2)(3)方法提炼(1)解决带电粒子在交变电场、磁场中的运动问题时,关键要明确粒子在不同时间段内、不同区域内的受力特性,对粒子的运动情景、运动性质做出推断(2)这类问题一般
13、都具有周期性,在分析粒子运动时,要留意粒子的运动周期、电场周期、磁场周期的关系(3)带电粒子在交变电磁场中运动仍遵循牛顿运动定律、运动的合成与分解、动能定理、能量守恒定律等力学规律,所以此类问题的争辩方法与质点动力学相同3.(2021湖北八市联考)如图甲所示,水平直线MN下方有竖直向上的匀强电场,现将一重力不计、比荷1106 C/kg的正电荷置于电场中的O点由静止释放,经过105s后,电荷以v01.5104 m/s的速度通过MN进入其上方的匀强磁场,磁场与纸面垂直,磁感应强度B按图乙所示规律周期性变化(图乙中磁场方向以垂直纸面对外为正方向,以电荷第一次通过MN时为t0时刻)计算结果可用表示(1
14、)求O点与直线MN之间的电势差;(2)求t105 s时刻电荷与O点的水平距离;(3)假如在O点右方d67.5 cm处有一垂直于MN的足够大的挡板,求电荷从O点动身运动到挡板所需的时间(保留3位有效数字)解析:(1)电荷在电场中做匀加速直线运动,由动能定理得Uqmv解得U112.5 V.(2)当磁场垂直纸面对外时,设电荷运动的半径为r1,则B1qv0,r15 cm周期T1105s当磁场垂直纸面对里时,电荷运动的半径为r23 cm周期T2105s丙电荷从t0时刻开头做周期性运动,其运动轨迹如图丙所示t105s时刻电荷与O点的水平距离为d2(r1r2)4 cm.(3)电荷从第一次通过MN开头,其运动
15、的周期T105s丁依据电荷的运动状况可知,电荷到达挡板前运动的完整周期数为15个,此时电荷沿MN运动的距离s15d60 cm则最终7.5 cm的运动轨迹如图丁所示,有r1r1cos 7.5 cm解得cos 0.5,则60故电荷运动的总时间t总t115TT1105s3.86104s.答案:(1)112.5 V(2)4 cm(3)3.86104s同学用书P1691(单选)(2021皖南八校联考)医生做某些特殊手术时,利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度电磁血流计由一对电极a和b以及一对磁极N和S构成,磁极间的磁场是均匀的使用时,两电极a、b均与血管壁接触,两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两
16、垂直,如图所示由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动,电极a、b之间会有微小电势差在达到平衡时,血管内部的电场可看做是匀强电场,血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零在某次监测中,两触点间的距离为3.0 mm,血管壁的厚度可忽视,两触点间的电势差为160 V,磁感应强度的大小为0.040 T则血流速度的近似值和电极a、b的正负为 ()A1.3 m/s,a正、b负B2.7 m/s,a正、b负C1.3 m/s,a负、b正 D2.7 m/s,a负、b正解析:选A.由左手定则可判定正离子向上运动,负离子向下运动,所以a正、b负,达到平衡时离子所受洛伦兹力与电场力平衡,所以有:qvBq,代入数据
17、解得v1.3 m/s,故正确答案为A.2(多选)(2021石家庄模拟)如图所示为一种获得高能粒子的装置,环形区域内存在垂直纸面、磁感应强度大小可调的均匀磁场,带电粒子可在环中做圆周运动A、B为两块中心开有小孔的距离很近的极板,原来电势均为零,每当带电粒子经过A板预备进入A、B之间时,A板电势上升为U,B板电势仍保持为零,粒子在两板间的电场中得到加速;每当粒子离开B板时,A板电势又降为零,粒子在电场的加速下动能不断增大,而在环形磁场中绕行半径不变若粒子通过A、B板的时间不行忽视,能定性反映A板电势U和环形区域内的磁感应强度B随时间t变化的关系的是()解析:选BC.由题意可知,粒子在加速电场中运动
18、时,两板电势差不变,故场强不变,带电粒子所受电场力不变,加速度不变,而粒子进入电场时的初速度不断变大,故在两板间运动的时间不断变短,故A错误,B正确;粒子进入磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力充当向心力,即qvBm,解得B,随着粒子速度不断增大,半径保持不变,故磁感应强度不断增大,又由圆周运动规律T可知,带电粒子在磁场中运动的周期不断减小,故C正确,D错误3(多选)(2021河南郑州质检)如图所示,在垂直纸面对里的水平匀强磁场中,水平放置一根粗糙绝缘细直杆,有一个重力不能忽视、中间带有小孔的带正电小球套在细杆上现在给小球一个水平向右的初速度v0,假设细杆足够长,小球在运动过程中电荷量保持不变,杆上
19、各处的动摩擦因数相同,则小球运动的速度v与时间t的关系图象可能是()解析:选BD.由左手定则可判定洛伦兹力的方向竖直向上,若Bqv0mg,球与杆之间无压力作用,即无摩擦力作用,球匀速运动,对应于B图象;若Bqv0mg,杆对球有向下的压力,由Bqv0mgN知压力随球速度的减小而减小,再由mafN知小球做加速度渐渐减小的减速运动,对应速度图线的斜率渐渐减小,直到速度减小到使洛伦兹力等于重力后小球匀速运动,题目中无与此状况对应的图象;若Bqv0mg,杆对球产生向上的支持力作用,Bqv0Nmg,此状况下支持力随速度的减小而增大,仍由mafN知小球做加速度渐渐增大的减速运动,对应速度图线的斜率渐渐增大,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 优化方案 优化 方案 2022 届高三 物理 一轮 复习 带电 粒子 复合 中的 运动 教学 讲义
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【a199****6536】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【a199****6536】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。