2020高考物理一輪總復(fù)習(xí)第九章鏈接高考10帶電粒子在疊加場中的運動講義含解析新人教版.docx

帶電粒子在疊加場中的運動考點一帶電粒子在疊加場中運動的實例分析考點解讀裝置原理圖規(guī)律速度選擇器若qv0BEq，即v0，粒子做勻速直線運動磁流體發(fā)電機(jī)等離子體射入，受洛倫茲力偏轉(zhuǎn)，使兩極板帶正、負(fù)電，兩極電壓為U時穩(wěn)定，qqv0B，Uv0Bd電磁流量計qqvB，所以v所以QvS霍爾元件當(dāng)磁場方向與電流方向垂直時，導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)電勢差典例賞析典例1(2018北京卷)某空間存在勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場一個帶電粒子(不計重力)以一定初速度射入該空間后，做勻速直線運動；若僅撤除電場，則該粒子做勻速圓周運動下列因素與完成上述兩類運動無關(guān)的是()A磁場和電場的方向B磁場和電場的強(qiáng)弱C粒子的電性和電量D粒子入射時的速度解析C由題可知，當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場內(nèi)做勻速直線運動，即EqqvB，則v，若僅撤除電場，粒子僅在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，說明要滿足題意需要對磁場與電場的方向以及強(qiáng)弱程度都要有要求，例如：電場方向向下，磁場方向垂直紙面向里等，但是對電性和電量無要求，故選項C正確，A、B、D錯誤題組鞏固1(多選)磁流體發(fā)電是一項新興技術(shù)，它可以把物體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能，如圖是它的示意圖平行金屬板A，B之間有一個很強(qiáng)的磁場，將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量正、負(fù)離子)噴入磁場，A、B兩板間便產(chǎn)生電壓如果把A、B和用電器連接，A、B就是直流電源的兩個電極，設(shè)A、B兩板間距為d，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，等離子體以速度v沿垂直于磁場的方向射入A、B兩板之間，則下列說法正確的是()AA是直流電源的正極BB是直流電源的正極C電源的電動勢為BdvD電源的電動勢為qvB解析：BC等離子體噴入磁場，正離子因受向下的洛倫茲力而向下偏轉(zhuǎn)，B是直流電源的正極，則選項B正確；當(dāng)帶電粒子以速度v做勻速直線運動時，qqvB，電源的電動勢UBdv，則選項C正確2醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時，利用電磁血流計來監(jiān)測通過動脈的血流速度電磁血流計由一對電極a和b以及一對磁極N和S構(gòu)成，磁極間的磁場是均勻的使用時，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖所示由于血液中的正負(fù)離子隨血流一起在磁場中運動，電極a、b之間會有微小電勢差在達(dá)到平衡時，血管內(nèi)部的電場可看做是勻強(qiáng)電場，血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零在某次監(jiān)測中，兩觸點的距離為3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點間的電勢差為160 V，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.040 T則血流速度的近似值和電極a、b的正負(fù)為( )A1.3 m/s，a正、b負(fù)B2.7 m/s，a正、b負(fù)C1.3 m/s，a負(fù)、b正D2.7 m/s，a負(fù)、b正解析：A血液中正負(fù)離子流動時，根據(jù)左手定則，正離子受到向上的洛倫茲力，負(fù)離子受到向下的洛倫茲力，所以正離子向上偏，負(fù)離子向下偏，則a帶正電，b帶負(fù)電，故C、D錯誤；最終血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零，有qqvB，所以血流速度v m/s1.3 m/s，故A正確，B錯誤3如圖所示，一段長方體形導(dǎo)電材料，左右兩端面的邊長都為a和b，內(nèi)有帶電量為q的某種自由運動電荷導(dǎo)電材料置于方向垂直于其前表面向里的勻強(qiáng)磁場中，內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.當(dāng)通以從左到右的穩(wěn)恒電流I時，測得導(dǎo)電材料上、下表面之間的電壓為U、且上表面的電勢比下表面的低，由此可得該導(dǎo)電材料單位體積內(nèi)自由運動電荷數(shù)及自由運動電荷的正負(fù)分別為()A.，負(fù)B.，正C.，負(fù) D.，正解析：C本題的關(guān)鍵是電荷的受力平衡，即電場力與洛倫茲力平衡因?qū)щ姴牧仙媳砻娴碾妱荼认卤砻娴牡?，故上表面帶?fù)電荷，根據(jù)左手定則可判斷自由運動電荷帶負(fù)電，B、D錯誤導(dǎo)電材料穩(wěn)定后電荷受力平衡，則有qvBqEq，因此有v，又由電流微觀表達(dá)式有InSqv，將v代入上式得，n，C正確考點二帶電體在疊加場中的運動考點解讀1三種場的比較名稱力的特點功和能的特點重力場大?。篏mg方向：豎直向下重力做功與路徑無關(guān)重力做功改變物體的重力勢能電場大?。篎qE方向：正電荷受力方向與場強(qiáng)方向相同，負(fù)電荷受力方向與場強(qiáng)方向相反電場力做功與路徑無關(guān)WqU電場力做功改變電勢能磁場大?。篎qvB(vB) 方向：可用左手定則判斷洛倫茲力不做功，不改變帶電粒子的動能2.分析方法典例賞析典例2如圖所示，區(qū)域內(nèi)有與水平方向成45角的勻強(qiáng)電場E1，區(qū)域?qū)挾葹閐1，區(qū)域內(nèi)有正交的有界勻強(qiáng)磁場B和勻強(qiáng)電場E2，區(qū)域?qū)挾葹閐2，磁場方向垂直紙面向里，電場方向豎直向下一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的微粒在區(qū)域左邊界的P點，由靜止釋放后水平向右做直線運動，進(jìn)入?yún)^(qū)域后做勻速圓周運動，從區(qū)域右邊界上的Q點穿出，其速度方向改變了60，重力加速度為g，求：(1)區(qū)域和區(qū)域內(nèi)勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E1、E2的大??；(2)區(qū)域內(nèi)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小；(3)微粒從P運動到Q的時間審題指導(dǎo)(1)微粒在區(qū)域內(nèi)水平向右做直線運動，說明在豎直方向上受力平衡(2)微粒在區(qū)域內(nèi)做勻速圓周運動，說明電場力和重力平衡，洛倫茲力提供向心力解析(1)微粒在區(qū)域內(nèi)水平向右做直線運動，則在豎直方向上有qE1sin 45 mg，解得E1.微粒在區(qū)域內(nèi)做勻速圓周運動，則在豎直方向上有mgqE2，E2.(2)設(shè)微粒在區(qū)域內(nèi)水平向右做直線運動時加速度為a，離開區(qū)域時速度為v，在區(qū)域內(nèi)做勻速圓周運動的軌道半徑為R，則ag.v22ad1(或qE1cos 45d1mv2)Rsin 60d2，qvBm.解得B (3)微粒在區(qū)域內(nèi)做勻加速直線運動，t1 在區(qū)域內(nèi)做勻速圓周運動的圓心角為60，則T，t2.解得tt1t2 .答案見解析關(guān)于是否考慮粒子重力的三種情況1對于微觀粒子，如電子、質(zhì)子、離子等，因為其重力一般情況下與靜電力或磁場力相比太小，可以忽略；而對于一些實際物體，如帶電小球、液滴、塵埃等一般應(yīng)當(dāng)考慮其重力2在題目中有明確說明是否要考慮重力的，按題目要求處理3不能直接判斷是否要考慮重力的，在進(jìn)行受力分析與運動分析時，要結(jié)合運動狀態(tài)確定是否要考慮重力題組鞏固1(2017全國卷)如圖，空間某區(qū)域存在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，電場方向豎直向上(與紙面平行)，磁場方向垂直于紙面向里三個帶正電的微粒a、b、c電荷量相等，質(zhì)量分別為ma、mb、mc.已知在該區(qū)域內(nèi)，a在紙面內(nèi)做勻速圓周運動，b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運動，c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運動下列選項正確的是()AmambmcBmbmamcCmcmamb Dmcmbma解析：B因微粒a做勻速圓周運動，則微粒重力不能忽略且與電場力平衡：magqE；由左手定則可以判定微粒b、c所受洛倫茲力的方向分別是豎直向上與豎直向下，則對b、c分別由平衡條件可得mbgqEBqvbqE、mcgqEBqvcqE，故有mbmamc，B正確2(2016天津卷)如圖所示，空間中存在著水平向右的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度大小E5 N/C，同時存在著水平方向的勻強(qiáng)磁場，其方向與電場方向垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B0.5 T，有一帶正電的小球，質(zhì)量m1.0106 kg，電荷量q2106 C，正以速度v在圖示的豎直面內(nèi)做勻速直線運動，當(dāng)經(jīng)過P點時撤掉磁場(不考慮磁場消失引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象)，取g10 m/s2.求：(1)小球做勻速直線運動的速度v的大小和方向；(2)從撤掉磁場到小球再次穿過P點所在的這條電場線經(jīng)歷的時間t.解析：(1)小球做勻速直線運動時受力如圖，其所受的三個力在同一平面內(nèi)，合力為零，有qvB代入數(shù)據(jù)解得 v20 m/s速度v的方向與電場E的方向之間的夾角滿足tan 代入數(shù)據(jù)解得 tan 則60(2)解法一：撤去磁場，小球在重力與電場力的合力作用下做類平拋運動，設(shè)其加速度為a，有a設(shè)撤去磁場后小球在初速度方向上的分位移為x，有xvt設(shè)小球在重力與電場力的合力方向上分位移為y，有yat2a與mg的夾角和v與E的夾角相同，均為，又tan 聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)解得t2 s3.5 s解法二：撤去磁場后，由于電場力垂直于豎直方向，它對豎直方向的分運動沒有影響，以P點為坐標(biāo)原點，豎直向上為正方向，小球在豎直方向上做勻減速運動，其初速度為vyvsin 若使小球再次穿過P點所在的電場線，僅需小球在豎直方向上的位移為零，則有vytgt20聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)解得 t2 s3.5 s答案：(1)20 m/s，方向與電場E的方向之間的夾角為60斜向上(2)3.5 s考點三軌道約束情況下帶電體在磁場中的運動考點解讀帶電體在重力場、磁場、電場中運動時，從整個物理過程上看有多種不同的運動形式，其中從運動條件上看分為有軌道約束和無軌道約束現(xiàn)從力、運動和能量的觀點研究三種有軌道約束的帶電體的運動考向突破考向1帶電物塊與絕緣斜面的組合典例3如圖所示，帶電荷量為q、質(zhì)量為m的物塊從傾角為37的光滑絕緣斜面頂端由靜止開始下滑，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直紙面向外，求物塊在斜面上滑行的最大速度和在斜面上運動的最大位移(斜面足夠長，取sin 370.6，cos 370.8)解析經(jīng)分析，物塊沿斜面運動過程中加速度不變，但隨速度增大，物塊所受支持力逐漸減小，最后離開斜面所以，當(dāng)物塊對斜面的壓力剛好為零時，物塊沿斜面的速度達(dá)到最大，同時位移達(dá)到最大，即qvmBmgcos 物塊沿斜面下滑過程中，由動能定理得：mgssin mv由得：vm，s.答案vms考向2帶電圓環(huán)與絕緣直桿的組合典例4如圖所示，一個質(zhì)量m0.1 g，電荷量q4104C帶正電的小環(huán)，套在很長的絕緣直棒上，可以沿棒上下滑動將棒置于正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場內(nèi)，E10 N/C，B0.5 T小環(huán)與棒之間的動摩擦因數(shù)0.2.求小環(huán)從靜止沿棒豎直下落的最大加速度和最大速度取g10 m/s2，小環(huán)電荷量不變解析小環(huán)由靜止下滑后，由于所受電場力與洛倫茲力同向(向右)，使小環(huán)壓緊豎直棒相互間的壓力為FNqEqvB.由于壓力是一個變力，小環(huán)所受的摩擦力也是一個變力，可以根據(jù)小環(huán)運動的動態(tài)方程找出最值條件根據(jù)小環(huán)豎直方向的受力情況，由牛頓第二定律得運動方程mgFNma，即mg(qEqvB)ma當(dāng)v0時，即剛下落時，小環(huán)運動的加速度最大，代入數(shù)值得am2 m/s2.下落后，隨著v的增大，加速度a逐漸減小當(dāng)a0時，下落速度v達(dá)最大值，代入數(shù)值得vm5 m/s.答案am2 m/s2vm5 m/s把握三點解決“約束運動”問題1對物塊受力分析，把握已知條件2掌握洛倫茲力的公式和特點，理清彈力和摩擦力、洛倫茲力和速度、摩擦力與合力、加速度與速度等幾個關(guān)系3掌握力和運動、功和能在磁場中的應(yīng)用題組鞏固1.如圖所示，粗糙的足夠長的豎直木桿上套有一個帶電的小球，整個裝置處在由水平勻強(qiáng)電場和垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場組成的足夠大的復(fù)合場中，小球由靜止開始下滑，在整個運動過程中小球的vt圖象為下圖中的()解析：C小球下滑過程中，qE與qvB反向，開始下落時qEqvB，所以a，隨下落速度v的增大a逐漸增大；當(dāng)qEqvB之后，其a，隨下落速度v的增大a逐漸減小；最后a0，小球勻速下落，故圖C正確，A、B、D錯誤2如圖，絕緣粗糙的豎直平面MN左側(cè)同時存在相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，電場方向水平向右，電場強(qiáng)度大小為E，磁場方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小滑塊從A點由靜止開始沿MN下滑，到達(dá)C點時離開MN做曲線運動A、C兩點間距離為h，重力加速度為g.(1)求小滑塊運動到C點時的速度大小vC；(2)求小滑塊從A點運動到C點過程中克服摩擦力做的功Wf；(3)若D點為小滑塊在電場力、洛倫茲力及重力作用下運動過程中