【物理】2009高考二輪專題復(fù)習(xí)課件：帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng).ppt

專題八帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng) 目錄 要點(diǎn)回顧 3 典例賞析 4 跟蹤練習(xí) 17 返回目錄 在電場中移動(dòng)電荷電場力做的功為 只與始末位置的電勢差有關(guān) 在只有電場力做功的情況下 電場力做功的過程是相互轉(zhuǎn)化的過程 洛侖茲力不做功 因?yàn)槁鍋銎澚κ冀K與電荷的運(yùn)動(dòng)方向垂直 故洛侖茲力不能改變速度的 只能改變速度的 洛侖茲力對運(yùn)動(dòng)電荷功 要點(diǎn)回顧 答案 W qU 電勢能和動(dòng)能 大小 方向 不做 返回目錄 典例賞析 去磁場 保留電場 粒子仍以上述初速度從D點(diǎn)射入場區(qū) 則從bc邊上的P點(diǎn)射出場區(qū) 假設(shè)P點(diǎn)的縱坐標(biāo)y l0 如果撤去電場 保留磁場 粒子仍以上述的初速度從D點(diǎn)射入場區(qū) 在l0有不同取值的情況下 求粒子射出場區(qū)時(shí) 出射點(diǎn)在場區(qū)邊界上的分布范圍 變式練習(xí)1如圖所示 以正方形abcO為邊界的區(qū)域內(nèi)有平行于x軸 指向負(fù)方向的勻強(qiáng)電場和垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場 正方形邊長為L 帶電粒子 不計(jì)重力 從Oc邊的中點(diǎn)D以某一初速度平行于y軸正方向射入場區(qū) 恰好沿直線從ab邊射出場區(qū) 如果撤 返回目錄 典例賞析 解析 設(shè)電場強(qiáng)度為E 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 粒子質(zhì)量為m 電量為q 初速度為v 當(dāng)電場和磁場同時(shí)存在時(shí) 有 qvB qE撤去磁場 在電場力作用下向右做類平拋運(yùn)動(dòng) 出場時(shí)間偏轉(zhuǎn)加速度偏轉(zhuǎn)距離撤去電場 粒子軌跡如圖所示 設(shè)軌跡半徑為R 出射點(diǎn)A縱坐標(biāo)為yA 則 返回目錄 典例賞析 由以上各式可解得 討論 1 若要從O點(diǎn)射出 則yA 0 R 2 若要從a點(diǎn)射出 則yA L 得 L 故不能從a點(diǎn)射出 3 當(dāng)l0 L時(shí) 可得即A點(diǎn)縱坐標(biāo)最大值為 4 當(dāng) l0 L 出射點(diǎn)在縱軸上的分布范圍為 返回目錄 典例賞析 5 當(dāng)l0 時(shí) y 0 出射點(diǎn)在橫軸上的分布范圍為之間 變式練習(xí)2如圖甲所示 一對平行放置的金屬板M N的中心各有一小孔P Q PQ的連線垂直于金屬板 兩板間距為d 答案 見解析 返回目錄 典例賞析 1 如果在板M N之間加上垂直于紙面方向的磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化如圖乙所示 T 0時(shí)刻 質(zhì)量為m 電量為 q的粒子沿PQ方向以速度v0射入磁場 正好垂直于N板從Q孔射出磁場 已知粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)間恰為一個(gè)周期 且與磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的周期相同 求v0的大小 2 如果在板M N間加上沿PQ方向的電場 場強(qiáng)隨時(shí)間變化如圖丙所示 在P孔處放一粒子源 粒子源連續(xù)不斷地放出質(zhì)量為m 帶電量為 q的粒子 粒子初速度和粒子間相互作用力不計(jì) 已知只有在每個(gè)周期的1 4個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)放出的帶電粒子才能從小孔Q處射出 求這些帶電粒子到達(dá)Q孔處的速度范圍 返回目錄 典例賞析 解析 1 因?yàn)榱Ｗ釉诖艌鲋凶鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng)的周期與磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的周期相同 且?guī)щ娏Ｗ釉诖艌鲋羞\(yùn)動(dòng)的時(shí)間只有一個(gè)周期 設(shè)帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R 則有 根據(jù)牛頓第二定律和洛侖茲力公式有解得 2 設(shè)場強(qiáng)隨時(shí)間變化的周期為T 依題意 在 n 0 1 2 3 時(shí)刻 從P點(diǎn)放出的帶電粒子在電場中先做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 然后以大小相同的加速度做勻減速直線運(yùn)動(dòng) 在相 返回目錄 典例賞析 同的時(shí)間內(nèi)到達(dá)Q孔的速度恰為零 在t nT n 0 1 2 3 時(shí)刻 從P點(diǎn)放出的帶電粒子在電場中一直做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t T 2 經(jīng)過Q孔的速度最大 設(shè)此速度為vm 根據(jù)動(dòng)能定理有 解得 所以 帶電粒子到達(dá)Q孔可能的速度范圍為 0 v 答案 0 v 典例賞析 原點(diǎn)O 處于靜止?fàn)顟B(tài) 另一質(zhì)量為2m帶電量為 4q的液滴b以某一速度從P點(diǎn)沿x軸作勻速直線運(yùn)動(dòng) 到O點(diǎn)與a相撞 撞后a b液滴合為一體 設(shè)碰撞前a b之間的靜電力不計(jì) 取重力加速度大小為g 求 1 勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E為多大 液滴b運(yùn)動(dòng)的速度v0為多大 返回目錄 變式練習(xí)3如圖所示 空間存在相互垂直的勻強(qiáng)電場和磁場 勻強(qiáng)電場的方向豎直向下 勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 方向垂直紙面向里 一質(zhì)量為m帶電量為 q的液滴a位于坐標(biāo) 解析 1 由a受力平衡有mq qE得b作勻速直線運(yùn)動(dòng)所受力平衡 則4qv0B 2mg 4qE 0 2 根據(jù)動(dòng)量守恒 2mv0 3mv1 典例賞析 2 若液滴a b相碰的瞬間將電場反向 大小不變 液滴到達(dá)的平面所需的時(shí)間t為多少 返回目錄 典例賞析 當(dāng)電場反向時(shí)液滴受電場力3qE 方向向上 因3qE 3mg 故電場力與重力平衡 液滴在洛侖茲力作用下以O(shè) 為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 如圖所示 則圓周運(yùn)動(dòng)半徑R為 周期T為 因所以 60 故運(yùn)動(dòng)時(shí)間t為 返回目錄 答案 1 2 典例賞析 變式練習(xí)4如圖所示 一束波長為 的強(qiáng)光射在金屬板P的A點(diǎn)發(fā)生了光電效應(yīng) 能從A點(diǎn)向各個(gè)方向逸出不同速度的光電子 金屬板P的左側(cè)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 范圍足夠大 在A處上方L處有一涂熒光材料的金屬條Q 并與P垂直 若有一細(xì)光束射到A處 金屬條Q受到光電子的沖擊而出現(xiàn)熒光的部分集中在CD間 且CD L 光電子質(zhì)量為m 電荷量為e 光速為c 則 1 金屬板P逸出光電子后帶什么電 2 計(jì)算P金屬板發(fā)生光電效應(yīng)的逸出功W 3 從D點(diǎn)飛出的光電子中 在磁場中飛行的最短時(shí)間是多少 返回目錄 返回目錄 典例賞析 解析 1 由電荷守恒定律得知 P帶正電 2 所有光電子中半徑最大值由牛頓運(yùn)動(dòng)定律得 典例賞析 又由光電效應(yīng)方程得 3 以最大半徑運(yùn)動(dòng)并經(jīng)B點(diǎn)的電子轉(zhuǎn)過圓心角最小 運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短解得 返回目錄 答案 1 正電 2 3 跟蹤練習(xí) 返回目錄 1 電子的速度為v 穿過正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場做勻速直線運(yùn)動(dòng) 若不計(jì)粒子的重力 入射速度方向不變 則 A 質(zhì)子以v射入 不會(huì)發(fā)生偏折B 粒子以v射入 會(huì)發(fā)生偏折C 當(dāng)電子入射速度v v時(shí) 將做類平拋運(yùn)動(dòng)D 當(dāng)電子入射速度v v時(shí) 將發(fā)生偏轉(zhuǎn) 且動(dòng)能要增加 解析 電子以速度v穿過正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場做勻速直線運(yùn)動(dòng) 即evB eE v E B與電荷q無關(guān) 當(dāng)電子以大于v的速度射入時(shí) 受到的洛侖茲力大于電場力而偏轉(zhuǎn) 洛侖茲力大小和方向隨 跟蹤練習(xí) 返回目錄 之變化 合外力變化 當(dāng)電子以小于v的速度射入時(shí) 受到的洛侖茲力小于電場力而向電場力方向偏轉(zhuǎn) 電場力做正功 洛侖茲力不做功 電子的動(dòng)能增加 2 質(zhì)量為m 帶電荷量為q的帶正電油滴 以一定的水平速度進(jìn)入方向均為豎直向上的勻強(qiáng)電場E和勻強(qiáng)磁場B中 恰好做直徑為d的勻速圓周運(yùn)動(dòng) 則 A 油滴的運(yùn)動(dòng)軌道平面一定水平B 油滴完成半個(gè)圓周動(dòng)量的改變量是Bqd 答案 AD 跟蹤練習(xí) 返回目錄 C 油滴運(yùn)動(dòng)的加速度是D 若磁場增強(qiáng) 油滴的轉(zhuǎn)速并不改變 解析 油滴在題給復(fù)合場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 所以油滴所受的電場力與重力平衡 洛侖茲力提供向心力 洛侖茲力與磁場垂直在水平面內(nèi) 油滴的運(yùn)動(dòng)軌道平面一定水平 Bqv 2mv2 d 對油滴由動(dòng)量定理有 P 2mv Bqd 對油滴由牛頓第二定律可得a f m Bqv m Bq P 2m2 B2q2d 2m2 若磁場增強(qiáng) 提供的向心力增大 油滴的轉(zhuǎn)速增大 答案 ABC 跟蹤練習(xí) 返回目錄 3 在空間中的A B兩點(diǎn)固定著一對等量同種電荷 有一帶電微粒在它們產(chǎn)生的電場中運(yùn)動(dòng) 設(shè)帶電微粒在運(yùn)動(dòng)過程中只受到電場力的作用 則帶電微粒所做的運(yùn)動(dòng)可能是 A 勻變速直線運(yùn)動(dòng)B 勻速圓周運(yùn)動(dòng)C 拋物線運(yùn)動(dòng)D 機(jī)械振動(dòng) 解析 根據(jù)等量同種電荷產(chǎn)生的電場的特點(diǎn) 若帶電粒子處于兩電荷連線以外 帶電粒子所受電場力的大小 方向 不在一條直線上 均是變化的 帶電粒子不可能做題中所給定的任一種運(yùn)動(dòng) 若帶電粒子處于兩電荷連線之間時(shí) 在連線中點(diǎn)所受電場力為零 在 跟蹤練習(xí) 返回目錄 連線中點(diǎn)兩側(cè)所受電場力可能指向連線中點(diǎn) 帶電粒子的電性與兩場源電荷同性時(shí) 因此帶電粒子可能做機(jī)械振動(dòng) 4 如圖所示 a b c表示點(diǎn)電荷的電場中的三個(gè)等勢面 它們的電勢分別為U 一帶電粒子 重力不計(jì) 從等勢面a上某處由靜止釋放后 僅受電場力作用而運(yùn)動(dòng) 已知它經(jīng)過等勢面b時(shí)的速率為v 則它經(jīng)過等勢面c時(shí)的速率為 A 1 5vB C D 答案 D 跟蹤練習(xí) 返回目錄 解析 帶電粒子僅受電場力作用 則系統(tǒng)的電勢能和動(dòng)能的總量不變 在a等勢面只有電勢能qU 設(shè)粒子電量為q 在b等勢面有電勢能和動(dòng)能 總量為在c等勢面有電勢能和動(dòng)能 總量為 vc為粒子在等勢面上的速度 因此有 解得 vc 1 5v5 光滑水平面上有一邊長為l的正方形區(qū)域處在場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場中 電場方向與正方形一邊平行 一質(zhì)量為m 帶電荷量為q的小 答案 A 跟蹤練習(xí) 返回目錄 球由正方形某一邊的中點(diǎn) 以垂直于該邊的水平初速v0進(jìn)入該正方形區(qū)域 當(dāng)小球再次運(yùn)動(dòng)到該正方形區(qū)域的邊緣時(shí) 具有的動(dòng)能不可能為 A 0B C D 解析 小球進(jìn)入正方形區(qū)域后 水平方向只受恒定的電場力作用 即只有電場力對其做功 據(jù)題意 小球所受的電場力方向與其初速度方向間可能的關(guān)系有三種 相互垂直 方向相同 方向相反 對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)情形是 類平拋運(yùn)動(dòng) 勻加速直線運(yùn)動(dòng) 勻減速直線運(yùn)動(dòng) 可能反向 跟蹤練習(xí) 返回目錄 由動(dòng)能定理可得 小球做勻加速直線運(yùn)動(dòng)再次運(yùn)動(dòng)到該正方形區(qū)域的邊緣時(shí)具有最大動(dòng)能 小球做勻減速直線運(yùn)動(dòng)再次運(yùn)動(dòng)到該正方形區(qū)域的正對起始邊的邊緣時(shí)具有最小動(dòng)能 且當(dāng)電場力的功qEl恰等于初動(dòng)能時(shí) 末動(dòng)能為零 小球做勻減速直線運(yùn)動(dòng) 并在電場中某處反向后回到起始邊時(shí) 電場力的功為零 末動(dòng)能等于初動(dòng)能 答案 D 跟蹤練習(xí) 返回目錄 6 如圖所示 有一重為G 帶電量為q的小球 從兩豎直的帶等量異種電荷的平行板上方邊緣處由靜止起落下 兩板間有勻強(qiáng)磁場 磁場方向垂直紙面向里 那么小球通過正交的復(fù)合場時(shí) A 一定做曲線運(yùn)動(dòng)B 不可能做曲線運(yùn)動(dòng)C 可能做勻速直線運(yùn)動(dòng)D 可能做勻加速直線運(yùn)動(dòng) A 解析 小球受重力 電場力 洛侖茲力作用 不可能做勻變速直線運(yùn)動(dòng) 因?yàn)槁鍋銎澚﹄S速度的變化而變化 當(dāng)速度均勻變化時(shí) 合外力不可能恒定 跟蹤練習(xí) 返回目錄 7 如圖所示 一束質(zhì)量 速度和電量不同的正離子垂直地射入勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場正交的區(qū)域里 結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子保持原來的運(yùn)動(dòng)方向 未發(fā)生任何偏轉(zhuǎn) 如果讓這些不偏轉(zhuǎn)的離子進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場中 發(fā)現(xiàn)這些離子分裂成幾束 對這些進(jìn)入后一磁場的離子 可得結(jié)論 A 它們的動(dòng)能一定各不相同B 它們的動(dòng)量一定各不相同C 它們的質(zhì)量一定各不相同D 它們的電量與質(zhì)量之比一定各不相同 跟蹤練習(xí) 返回目錄 解析 正離子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場的正交區(qū)域 保持原方向運(yùn)動(dòng)的離子一定滿足qE qvB即 v 的離子向洛侖茲力方向偏轉(zhuǎn) v 的離子向電場力方向偏轉(zhuǎn) 此題中直線穿過復(fù)合場的離子速度均相同 進(jìn)入磁場后因圓周運(yùn)動(dòng)半徑不同而分開 8 如圖所示是電視機(jī)的顯像管的結(jié)構(gòu)示意圖 熒光屏平面位于坐標(biāo)平面xOz y軸是顯像管的縱軸線 位于顯像管尾部的燈絲被電流加熱后會(huì)有電子逸出 這些電子在加速電壓的作用下以很高的速度沿y軸向 y方向射出 構(gòu)成了顯像管的 電子槍 答案 D 跟蹤練習(xí) 返回目錄 如果沒有其他力作用 從電子槍發(fā)射出的高速電子將做勻速直線運(yùn)動(dòng)打到坐標(biāo)原點(diǎn)O 使熒光屏的正中間出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn) 當(dāng)在顯像管的管頸處的較小區(qū)域 圖中B部分 沿z方向的磁場 偏轉(zhuǎn)磁場 亮點(diǎn)將偏離原點(diǎn)O而打在x軸上的某一點(diǎn) 偏離的方向和距離 跟蹤練習(xí) 返回目錄 大小依賴于磁感應(yīng)強(qiáng)度B 為使熒光屏上出現(xiàn)沿x軸的一條貫穿全屏的水平亮線 電子束的水平掃描運(yùn)動(dòng) 偏轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的規(guī)律是下列情況的哪一個(gè) 解析 電子以高速沿 y方向射出 在磁場中偏轉(zhuǎn)時(shí) 時(shí)間很短 可認(rèn)為磁感應(yīng)強(qiáng)度恒定 磁場區(qū)域及電子速度均一定 偏轉(zhuǎn)量 跟蹤練習(xí) 返回目錄 大的電子半徑小 偏轉(zhuǎn)量小的電子半徑大 故要想出現(xiàn)一條沿x軸貫穿全屏的水平亮線 電子半徑應(yīng)先增大后減小 由磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)先減小后增大 且電子打在x軸正向方面和負(fù)向方面時(shí)電子偏轉(zhuǎn)方向不同 故磁感應(yīng)強(qiáng)度也應(yīng)換向 答案 A 9 如圖所示為一電磁流量計(jì)的示意圖 一根用非磁性材料制成的直徑為d的圓管道 其中一段處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 方向垂直管道軸線指向紙里的勻強(qiáng)磁場中 當(dāng) 跟蹤練習(xí) 返回目錄 管道內(nèi)導(dǎo)電液體流經(jīng)這一磁場區(qū)時(shí)可測得管壁上a b兩點(diǎn)間最終有恒定電壓U 由此可知管內(nèi)導(dǎo)電液體的流量為多少 答案 解析 當(dāng)a b兩點(diǎn)間有穩(wěn)定電壓U時(shí) 離子受的洛侖茲力與電場力相等 電場力是正 負(fù)離子受洛侖茲力而分別向下 上偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生 qE qvB 而可得液體流量 跟蹤練習(xí) 返回目錄 10 一種質(zhì)譜儀工作原理示意圖如圖所示 在以O(shè)為圓心 OH為對稱軸 夾角為2 的扇形區(qū)域內(nèi)分布著方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場 對稱于OH軸的C和D分別是離子發(fā)射點(diǎn)和收集點(diǎn) CM垂直磁場左邊界于M 且OM d 現(xiàn)有一正離子束以小發(fā)散角 紙面內(nèi) 從C射出 這些離子在CM方向上的分速度均為v0 若該離子束中荷質(zhì)比為的離子都能匯聚到D 試求 1 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向 提示 可考慮沿CM方向運(yùn)動(dòng)的離子為研究對象 跟蹤練習(xí) 返回目錄 2 離子沿與CM成 角的直線CN進(jìn)入磁場 其軌道半徑和在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 3 線段CM的長度 解析 1 設(shè)沿CM方向運(yùn)動(dòng)的離子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半